旋光仪在化学化工领域,材料领域,物理领域和医药领域上被广泛使用,它是以旋光效应为原理对具有旋光性的物质进行旋光度的测定进而分析测定物质的浓度、含量及纯度等重要参数的一款测量仪器。正是由于旋光仪在众多领域上的不可或缺性,让科研人员们不断深入寻找测量更高精度,更大范围旋光度的方法。这篇文章中提出了一种基于一阶液晶聚合物涡旋半波片和数字图像处理技术下设计的旋光仪并对其进行了可行性分析,设计并搭建了测量光路,获取到了包含旋光度信息的图像。通过使用MATLAB软件进行图像处理,拟合数据,得到了不同浓度蔗糖溶液的旋光度结果和浓度测量结果,并进一步通过FPGA硬件平台,尝试将旋光仪进行小型化。在本文中,给出了涡旋波片的琼斯矩阵表示,并对一阶液晶聚合物涡旋半波片的光学特性进行了仿真分析,展示了一阶聚合物液晶涡旋半波片的相位分布图,快轴分布图以及涡旋光截面图。对径向偏振光和角向偏振光做出了分析,通过琼斯表示法解释了利用一阶液晶聚合物涡旋波片测定旋光度的原理。本文提出的旋光仪光路不需要额外的磁光元件、旋转机电元件和多个光电探测元件等昂贵设备和复杂的光路组成就能测定旋光度,并且能够同时从图像和测量数值对旋光度进行反映。在MATLAB系统中,对旋光度图像使用了多种滤波方法提升质量,提高拟合精度。通过图像分析得到了系统处于初始空气环境中的初始值为-0.7099度,重复性在0.001度内。旋光仪测量旋光度的范围为-90度到+90度。设置了浓度分别为0 g/ml,0.01 g/ml,0.02 g/ml,0.04 g/ml,0.06 g/ml,0.08 g/ml和0.10 g/ml的蔗糖溶液标准浓度,测量试管长度为100mm。蔗糖溶液浓度实验结果表明,由这种方法设计的旋光仪测量蔗糖溶液旋光度的数值重复稳定性在±0.01度左右,最大浓度误差约为0.243g/dl。在FPGA系统中,使用FPGA直接控制CMOS图像采集模块进行图像信息采集,设计了一系列模块完成在FPGA内部实现数字图像处理过程和旋光度数值计算过程,同时将获取到的旋光图像和计算得到的旋光度数值信息通过FPGA驱动的液晶显示面板进行输出。