伴随着电力系统运行环境的改变和电压等级的提高,传统的电压传感器暴露出的问题也越来越多。由于光纤技术的发展及光电技术日趋成熟,基于光学原理的电压传感器得以快速的发展,但其精度易受环境影响及自身固有缺陷等问题未能在电力系统中大量应用。本文基于横向调制结构的光学电场传感器,设计了一种改进的旋转式光学电场传感器。首先详细分析了光学电场传感器的传感机理并建立了数学模型,研究了pockels线性电光效应机理,推导了折射率椭球模型和琼斯矩阵计算模型,并对基于BGO晶体的旋转式光学电场传感器的数学模型进行了分析,为后续研究打下了理论基础。其次对旋转式光学电场传感器性能进行了分析,包括各主要光学元件和光电探测器的选取,研究了光纤准直器并就其对传感器产生的误差进行分析,并介绍了温度和外界应力因素对实验结果的影响。然后基于前述给定的旋转式传感器数学模型,建立了传感器电光晶体仿真模型和传感单元仿真模型,并通过Comsol有限元仿真软件从波动光学和射线光学两方面分别进行了仿真验证,最终研究了晶体在旋转过程中输出光信号和初始信号间的偏振态的变化。最后基于旋转式光学电场传感器的理论和仿真计算结果,引入了转速传感器,改善了实验精度,设计优化了实验平台,编写了扩展卡尔曼信号处理,并通过实验验证了设备的测量精度和稳定性。