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坚强可靠、经济高效、清洁环保的智能电网是中国乃至世界电网的必然发展趋势。智能电网在电源构成、负荷种类、信息传输等各个环节均呈现显著的多样性,实现智能电网除了构建灵活、稳定和安全的能源网络,更加重要的在于对发电、输电、配电、用电侧等关键节点状态量进行实时测量反馈与动态调整,进一步实现信息智能感知和故障智能自愈。目前,电流/磁场传感技术相对丰富和成熟,而电压/电场传感方案相比较少,亟需拓展电压/电场传感技术,研制出具有动态测量范围大、频带范围宽、精度高的电压/电场传感器,实现广域分布式测量和传输关键节点状态,为电网控制决策提供信息支撑。本论文针对宽频率测量范围、大动态测量范围和高稳定的强电场传感技术需求,提出了基于铌酸锂电光效应干涉式光学强电场传感器。针对电场传感器小型化需求,提出共路铌酸锂电场传感方案,试验获取了共路传感器基本特性,同时校准了电场传感器时域响应和频域响应特性。针对电场传感器在宽温湿区长期使用的需求,通过分析温度对传感器精度的影响机制,提出了双晶补偿电场传感器和Z轴通光电场传感器,开展温度试验获取了传感器宽温区适应性,同时开展湿度试验获取了传感器宽湿区适应性。最后将温湿度稳定性良好的强电场传感器应用于多次现场试验以验证电场传感器性能。本论文主要研究内容和成果如下:(1)基于电光晶体Pockels效应,采用体效应式光学偏振态检测方法,提出了强电场传感器的基本电光转换原理和结构模型,优化选取了电光材料和光学功能元件,采用最佳耦合方式和光纤端面处理方法,发明了基于一次电光效应的强电场传感器基本单元。通过搭建电场传感器特性试验平台,测量获取了电场传感器输入输出特性及典型波形响应,试验结果表明电场传感器的可测电场强度范围为5 kV/m-500 kV/m,并能准确响应工频、中频和高频电场信号。(2)针对电场传感器小型化和对原电场无畸变的需求,在现有电场传感器结构的基础上,提出了基于共路干涉的电场传感器小型化原理和优化方案,研制出传感光学器件和体积大幅减少的共路铌酸锂晶体电场传感器。共路电场传感器特性试验表明电场传感器能够线性测量0.35 kV/m-280 kV/m电场,准确响应工频、ms级和?s级时域电场信号,在10 Hz-500 kHz范围内,传感器频率响应保持稳定。(3)针对电场传感器在宽温区环境长期使用的需求,通过分析温度对铌酸锂晶体参数的影响规律,研究温度对半波电场和固有相位的影响机制,获取了温度引入传感器测量误差的作用机制,分别提出了双晶补偿和Z轴通光的电场传感方法,以解决宽温区下稳定电场传感器工作点的难题。根据设计方案,封装完成两种提升温度特性的电场传感器。(4)基于宽温湿区测量平台,开展了双晶补偿和Z轴通光电场传感器的温度特性试验,试验结果表明改进电场传感器在宽温区-10°C-50°C范围内工作点稳定,在此基础上采用分段传递函数进一步提升了电场传感器的温度稳定性,双晶补偿电场传感器在宽温区范围内,最大测量误差小于5%;在电场幅值1.2 kV/m–155 kV/m范围内,输入输出关系线拟合优度达到0.999;Z轴通光电场传感器在温度-10°C–50°C范围内,传递函数参数温度特性引入最大测量误差小于7.9%,在电场幅值5 kV/m–600 kV/m范围内,电场传感器输入输出保持良好线性关系,线性拟合优度达到0.998以上。测量获取双晶补偿电场传感器湿度特性,通过分析湿度对传感器的作用机制,提出在封装外壳涂覆憎水性胶水方案,提高传感器湿度适应性,在宽湿区30%RH-90%RH范围内,传递函数参数保持稳定,湿度特性引入最大测量误差小于1.62%,传感器具有良好的湿度特性。(5)针对强电场传感器时域测量和频域测量需求,开展传感器时频域校准试验,传感器能够准确响应工频、ms级和?s级时域电场信号,在10 Hz-1 MHz频率范围内,幅频响应的波动小于3 dB,试验结果表明宽温区下改进电场传感器具有精度高、响应速度快和动态测量范围大的优点,适用于高电压工程领域宽温区环境下电场测量。使用温湿度稳定性良好的电场传感器开展空间电场测量的应用研究,进一步验证了电场传感器在复杂大气条件、电磁环境中,能够准确有效测量强电场时域信号。