随着我国超高压和特高压技术的大力发展,电晕放电问题日渐突出,对高压电气设备产生了持续性破坏和对环境产生了很多不利影响,对电晕放电及高灵敏度检测技术的研究具有重要意义。从微观角度,放电产生大量电子和正负离子,其跃迁复合过程伴随着紫外光的辐射,对紫外光检测可以实现放电的非接触检测。目前用于放电检测的紫外成像仪价格高昂,真空紫外探测器体积大、灵敏度低和供电电压高。本文从电晕放电的原理出发,用数值仿真方法分析了放电微观粒子的发展及紫外光的产生,优化设计和制备了基于第三代半导体材料GaN的紫外探测器及应用电路,并将其用于放电的紫外检测中。论文主要工作如下:首先,基于流体动力学模型对空气放电进行数值建模,利用有限元软件COMSOL Multiphysics对棒-板负电晕放电模型进行求解。结果表明放电产生大量的电子和正负离子,在空间中向前阳极发展,且电子与正负离子云会对电场产生畸变作用。放电产生的电子和离子是激发紫外光的来源,是紫外检测的理论依据。其次,对空气中电晕放电紫外光的产生、传播和检测进行了分析。放电过程中紫外光主要由等离子体区原子跃迁和离子复合等产生,光谱集中在200nm-400nm之间。GaN材料对紫外光有较好的光电响应,对金属-半导体-金属结构光电探测器(GaN MSM-PD)工作原理进行了分析。然后,用Silvaco TCAD对GaN MSM-PD结构进行仿真设计,提出了将电极掩埋到GaN外延层以提高响应度,用仿真方法验证了优化的可行性。依托重庆市光电功能材料重点实验室制备了掩埋电极结构的GaN MSM-PD,并进行了光电测试。测试结果表明制备的GaN MSM-PD响应速度达到纳秒级,抑制比达10~5数量级,在280nm光谱响应为0.8A/W,理想偏压为3.7V。最后,基于GaN MSM-PD设计了适用于放电检测的应用模块和检测装置原型。首先设计了电流-电压转换及放大电路,制作了高响应速度、高灵敏度的放电紫外探测应用模块,且可使用电池供电,提高了便捷性。基于该模块进行了针-板放电实验测试,结果表明该模块能良好的检测到放电产生的高频光脉冲信号,性能较传统脉冲电流法有较大提升。为实现低成本数据采集,使用包络检波方法降频,并设计了基于FPGA的采集系统原型,适用于电气设备放电检测现场应用。