本发明涉及材料热物性测量领域，尤其是涉及一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置及方法。
背景技术：
1、方向发射率指特定方向下，物体的发射能力与相同温度下的黑体在该方向的辐射能力之比。常温条件下，物体温度较低，辐射能量低，直接测量发射率背景辐射对测量不确定性的影响大。因此，常温发射率的测量通常通过测量反射率进而根据基尔霍夫定律反推出样品的发射率。然而由于缺乏测量光滑材料的方向发射率以及方向反射率的装置致使方向发射率在该原理层面的测量应用缺失。对于反射法测量各入射光方向下的材料常温方向发射率，需要旋转光源的入射角度和探测器的反射角度，获取不同入射光源下反射信号，简化装置的旋转系统，进而消除背景辐射对测量结果的影响是提高测量精度的关键。
2、专利cn117169273b公开了一种基于反射法测量材料常温方向发射率的装置及方法，包括光源、设置在光传输方向的抛物镜、设置在抛物镜焦点处的样品放置装置以及沿光传输方向活动设置的平面反射镜组和固定平面镜，设置在固定平面镜末端的光谱接收器。测量时，将样品放置于抛物镜焦点，接着关闭光源，打开光谱接收器，记录无光源时的背景辐射信号s1；然后打开光源，记录样品该方向反射及背景辐射的总信号s2；最后移动反射镜组于其他位置，重复测量，进而计算发射率。此专利是用于沿法向入射方向下粗糙表面方向发射率测量。
3、专利cn110530525b公开了一种基于反射法的方向发射率测量装置，包括加热器和光源，光源的一侧设有平面反射镜，平面反射镜的镜面与光源主光轴的夹角为45°；平面反射镜的一侧沿光传输方向设有分束立方体；分束立方体的一侧设有半抛物面反射镜，半抛物面反射镜的一侧设有离轴抛物面反射镜，离轴抛物面反射镜的焦点处设有光电探测器；所述加热器中样品表面与半抛物面反射镜的轴截面重合。此专利测量的是不同入射光方向条件的下，不同方位方向发射率累积值，无法测量单一方向的发射率单独数据。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置及方法，可实现目标表面在不同入射方向下的反射率测量进而计算表面各方向上的反射率，能提供目标表面常温下的各方向发射特性。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，包括光源，
3、光路系统设置于光源入射方向上；
4、光谱探测器设置于光路系统的光路射出方向上；
5、所述光路系统包括固定设置在光传输方向的固定平面反射镜、半球抛物面镜，移动设置的第二平面反射镜。
6、优选的，所述光路系统还包括固定设置在光传输方向的离轴椭圆球面镜、固定设置在半球抛物面镜焦点处的样品放置装置、固定设置在光传输方向的半球抛物面镜和离轴抛物面镜；
7、活动设置在光传输方向的平面反射镜组和固定平面反射镜。
8、优选的，所述离轴椭圆球面镜包括两个焦点：第一焦点和第二焦点；
9、所述离轴椭圆球面镜上的第一焦点与离轴抛物面镜的焦点重合，所述离轴椭圆球面镜上的第二焦点与半球抛物面镜的焦点重合；
10、所述离轴抛物面镜的下方设置有第一开口，所述第一焦点位于第一开口内。
11、优选的，所述平面反射镜组上设置有第一平面反射镜和第二平面放射镜，所述第一平面反射镜设置在所述光源入射前方，所述第二平面反射镜设置在所述固定平面镜的末端，所述第二平面反射镜位于第三开口的上方。
12、优选的，所述第一平面反射镜的一侧设置有第一推杆，所述第一平面反射镜的另一侧设置有第一滑轨。
13、优选的，所述第二平面反射镜上设置有第二推杆，所述第二平面反射镜与设置于其一侧的第二滑轨连接.
14、优选的，所述第二推杆的一侧设置有皮带，所述皮带的另一端设置有旋转杆，所述旋转杆和第二推杆之间设置有固定滑轮，所述固定滑轮与皮带连接；所述旋转杆的一端设置有样品。
15、优选的，所述半球抛物面镜上设置有底盖，所述底盖上设置有第二开口，所述第二焦点、样品放置装置和样品位于第二开口内；
16、所述底盖上还设置有设置有第三开口；
17、所述固定平面反射镜的下方设置有第四开口于底盖上。
18、一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量方法，包括以下步骤：
19、s1、将标准反射金板放置于离轴椭圆球面镜第二焦点(半球抛物面镜焦点)处，固定平面反射镜组于特定位置；
20、s2、关闭光源，打开光谱探测器，计算机记录无光源时的背景辐射信号sg0；
21、s3、打开光源，保持标准反射金板和平面反射镜组位置不变，计算机记录样品该方向反射及背景辐射的总信号sg(θ)；
22、s4、移动平面反射镜组于其他位置，重复步骤s3；
23、s5、取出标准反射金板，将待测样品放置于离轴椭圆球面镜第一焦点处，固定平面反射镜组于特定位置；
24、s6、关闭光源，打开光谱探测器，计算机记录无光源时的背景辐射信号ss0；
25、s7、打开光源，保持待测样品和平面反射镜组位置不变，计算机记录样品该方向反射及背景辐射的总信号ss(θ)；
26、s8、移动平面反射镜组于其他位置，重复步骤s7；
27、s9、计算材料表面在各角度的定向的发射率ε(λ，θ，t)＝1-ρs(λ，θ，t)＝1-ρg(λ，θ，t)(ss(θ)-ss0)/(sg(θ)-sg0)；
28、一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量方法，可以替换为以下步骤，
29、(1)测量材料为光滑表面时：
30、s1、将标准反射金板放置于半球抛物面镜焦点处，固定平面反射镜组于特定位置；
31、s2、关闭光源，打开光谱探测器，计算机记录无光源时的背景辐射信号sg0；
32、s3、打开光源，保持标准反射金板和平面反射镜组位置不变，计算机记录样品该方向反射及背景辐射的总信号sg(θ)；
33、s4、旋转样品放置杆至其他角度，并通过皮带带动平面反射镜组移动至相应位置，重复步骤s2-s3；
34、s5、取出标准反射试件，将待测样品放置于半球抛物面镜焦点处，固定平面反射镜组于特定位置；
35、s6、关闭光源，打开光谱探测器，计算机记录无光源时的背景辐射信号ss0；
36、s7、打开光源，保持待测样品和平面反射镜组位置不变，计算机记录样品该方向反射及背景辐射的总信号ss(θ)；
37、s8、旋转样品放置杆至其他角度，并通过皮带带动平面反射镜组移动至相应位置，重复步骤s6-s7；
38、s9、计算材料表面在各角度的定向的发射率ε(λ，θ，t)＝1-ρs(λ，θ，t)＝1-ρg(λ，θ，t)(ss(θ)-ss0)/(sg(θ)-sg0)。
39、(2)测量材料为粗糙表面时：
40、s1、将标准反射金板放置于半球抛物面镜焦点处，固定平面反射镜组于特定位置；
41、s2、关闭光源，打开光谱探测器，计算机记录无光源时的背景辐射信号sg0；
42、s3、打开光源，保持标准反射金板和平面反射镜组位置不变，计算机记录样品该方向反射及背景辐射的总信号sg(θ)；
43、s4、取下皮带，旋转样品放置杆至其他角度，移动平面反射镜至不同位置，重复步骤s2-s3；
44、s5、取出标准反射试件，将待测样品放置于半球抛物面镜焦点处，固定平面反射镜组于特定位置；
45、s6、关闭光源，打开光谱探测器，计算机记录无光源时的背景辐射信号ss0；
46、s7、打开光源，保持待测样品和平面反射镜组位置不变，计算机记录样品该方向反射及背景辐射的总信号ss(θ)；
47、s8、取下皮带，旋转样品放置杆至其他角度，移动平面反射镜至不同位置，重复步骤s6-s7；
48、s9、计算材料表面在各角度的定向的发射率ε(λ，θ，t)＝1-ρs(λ，θ，t)＝1-ρg(λ，θ，t)(ss(θ)-ss0)/(sg(θ)-sg0)。
49、式中，ε(λ，θ，t),为样品发射率ρs(λ，θ，t)为样品反射率，ρg为标准反射金板反射率λ为波长，θ为入射光线与样品法线的夹角，t为样品表面温度，ss0为放置样品，关闭光源时，探测器所接收光源辐射信号，ss(θ)为放置样品，打开光源时，探测器所接收光源辐射信号，sg0为关闭光源时放置标准反射金板探测器所接收光源辐射信号，sg(θ)为打开光源时放置标准反射金板探测器所接收光源辐射信号。
50、因此，本发明采用上述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置及方法，技术效果如下：
51、根据椭圆球面镜及半球抛物面镜的光学性质(即从椭圆球面第一焦点发出的光经过椭圆球面镜的反射后汇聚于椭圆面第二焦点，平行于抛物面轴截面的入射光经半球抛物面镜的反射后，经过半球抛物面镜焦点射出，从抛物面焦点发出的光经过半球抛物面镜的反射后平行于抛物面轴截面射出)设计测量装置，实现间接测量材料光滑表面常温条件下的方向发射率；通过离轴抛物面镜将同一方向的入射光线转换为不同方向，再通过半球抛物面镜将反射光线由不同方向转化为相同方向，节省了测量系统的转动装置，同时消除了背景辐射变化对测量结果的影响，提高测量速度和准确性；理论上可以实现0°-90°的方向发射率的测量(测量角度范围可根据椭圆球面镜的离心率调整)。
1.一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，包括光源，
2.根据权利要求1所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，所述光路系统还包括固定设置在光传输方向的离轴椭圆球面镜、固定设置在半球抛物面镜焦点处的样品放置装置、固定设置在光传输方向的半球抛物面镜和离轴抛物面镜；
3.根据权利要求2所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，所述离轴椭圆球面镜包括两个焦点：第一焦点和第二焦点；
4.根据权利要求2所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，所述平面反射镜组上设置有第一平面反射镜和第二平面放射镜，所述第一平面反射镜设置在所述光源入射前方，所述第二平面反射镜设置在所述固定平面镜的末端，所述第二平面反射镜位于第三开口的上方。
5.根据权利要求4所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，所述第一平面反射镜的一侧设置有第一推杆，所述第一平面反射镜的另一侧设置有第一滑轨。
6.根据权利要求1或4所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，所述第二平面反射镜上设置有第二推杆，所述第二平面反射镜与设置于其一侧的第二滑轨连接。
7.根据权利要求6所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，所述第二推杆的一侧设置有皮带，所述皮带的另一端设置有旋转杆，所述旋转杆和第二推杆之间设置有固定滑轮，所述固定滑轮与皮带连接；所述旋转杆的一端设置有样品。
8.根据权利要求1或2所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量装置，其特征在于，所述半球抛物面镜上设置有底盖，所述底盖上设置有第二开口，所述第二焦点、样品放置装置和样品位于第二开口内；
9.一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种可调节入射角度的材料常温方向发射率测量方法，其特征在于，可以替换为以下步骤，
