智能电网需要全时、全域、全面、实时感知关键设备和节点的运行状态信息,进而为健康评价、安全预警、故障定位、应急处置提供决策依据。国内外近年来相继提出了电力装备智能化、透明电网等发展战略,也对电网的先进传感器技术提出了明确的要求,低功耗、微型化、智能化的传感技术是实现智能电网信息泛在感知的基础支撑和核心环节。电场及电流作为电网中最关键的物理量,不仅是电力装备上重要的监测对象,同时也是网络节点和线路上重要的感知量,实现电场及电流的全面感知亟需发展先进的芯片式传感方法及技术。目前,光纤技术的发展使得光学电场/电流传感器成为电网监测的一大趋势,其传输的光纤化和信息的电子化易与智能电网相结合,但目前缺乏适合的微型化技术与方法。因此,力争突破微型化、高精度光学电场/电流传感器瓶颈,研究新型光波导电场/电流传感器的电光/磁光能量耦合方式和传感器制备方法对支撑智能电网建设中的电网信息深度感知具有重要意义。基于电光效应、磁热效应、磁光非互易移相效应以及倏逝场传感原理,本文提出了微型光波导电场/电流传感器的电光/磁光能量耦合机理,并通过数学模型研究以下四种微型电场/电流传感器的耦合原理及结构,分别是基于电光聚合物和微环谐振器的微型电场传感器、基于超顺磁四氧化三铁纳米粒子和微环谐振器的微型电流传感器、基于电光聚合物和双微环耦合马赫曾德尔干涉仪的微型电场传感器,以及基于掺铈钇铁石榴石磁光薄膜和双微环耦合马赫曾德尔干涉仪的微型电流传感器。基于时域有限差分法和有限元法,搭建了基于微环谐振器的微型电场/电流传感器、以及基于双微环耦合马赫曾德尔干涉仪的微型电场/电流传感器合理物理模型,通过仿真分析实现了对微型电场/电流传感器光波导结构、关键参数以及电光/磁光能量耦合的设计,研究了主要结构参数对传感器性能的影响机理,获得了最佳耦合状态下电场/电流传感器的关键结构与参数优化指标。基于传感器仿真优化结果,提出了器件微加工制备技术与工艺参数,设计制备了基于硅基微环谐振器的微型电场/电流传感器。并在实验室搭建了电场/电流传感测试平台,分别测试微型电场/电流传感器的传感特性,研究了微型电场/电流传感器的线性度、灵敏度、测量范围、品质因子等基本特性,并通过改变微环半径尺寸实现对微型电流传感器性能的优化。基于仿真模型优化结果,设计了合适的微加工材料、步骤以及工艺参数,制备了基于双微环耦合马赫曾德尔干涉仪的微型电场/电流传感器。搭建了电场/电流传感试验平台,对微型电场/电流传感器的传感特性进行测试,获得了微型电场/电流传感器的输入输出特性、时域响应特性以及频率响应特性。进一步,搭建了温度试验平台,分析了微型电场传感器的温度稳定性。本文的研究成果力争推动低功耗、芯片化微型电场与电流传感器的发展,为芯片化传感集成微系统与电网设备的高度融合提供前驱技术,全面支撑智能电网中电场与电流泛在感知方法与技术的可持续发展。