CN106501023B - 发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，该装置包括中空的连接杆和取样筒，连接杆的下端固定连接取样筒，连接杆的上端设有用于敲击的砧头，取样筒的顶端设有堵头，取样筒的底部固定环形刀头；连接杆内设有顶杆，顶杆的顶端连接伸出取样筒外面便于把握的退样手柄，顶杆的底端穿过堵头后，连接退样活塞，连接杆两侧设有供退样手柄上下移动的环形退样槽；取样筒的背部外壁设有无线温度信号发射器和温度探头，两者通过传输导线相连，系统配有温度显示与储存终端。本发明系统结构简单紧凑、使用便捷，能同时完成垫料样品完整采集，垫料温度原位测定、无线传输和数据保存，特别适合垫料组分松散的猪发酵床垫料。
Description
技术领域
本发明涉及发酵床垫料分析和监测领域，具体是一种发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统。
背景技术
随着畜禽养殖业规模化、集约化模式的发展，畜禽粪便已成为我国农村面源污染的主要来源之一，日益成为限制畜禽养殖业可持续发展的瓶颈之一。畜禽发酵床养殖技术体系是一种基于减少畜禽粪便排放与减轻环境污染的生态养殖模式，基本原理是利用活性功能微生物的作为物质能量转化器，通过其繁殖与代谢活动，分解木屑，稻壳和秸秆等碳源物料，降解畜禽养殖过程中产生的含氮粪尿排泄物，实现了畜禽养殖无排放、无污染、无臭气；比较圆满地解决规模化畜禽养殖的环境污染问题，构建了低成本、高产出、无污染的生态畜禽养殖体系。作为畜禽养殖业可持续发展的一种新模式，发酵床畜禽养殖技术于20世纪90年代引进我国以来，在我国部分省市逐步试点应用并本土化推广示范，取得了良好的生态、环境与经济效益。
发酵床垫料是畜禽活动场所，也是发酵微生物活动区域和畜禽粪尿的主要载体。发酵床垫料受其组分性质，畜禽养殖种类与生长发育状态，养殖强度和垫料日常维护等因素影响，使用寿命波动较大。发酵床垫料使用寿命的长短直接影响畜禽发酵床垫料养殖成本的高低，进而影响发酵床养殖技术的推广与应用。对发酵床各层次垫料的理化性状的分析成为了解发酵床垫料动态变化的必要手段，而完整采集发酵床垫料各层次样品成为了解发酵床垫料理化性状的必须前提。
目前发酵床垫料研究中，对发酵床垫料各层次样品的采集主要是通过人工开挖的方式进行，其存在以下问题：1)作业面大。人工开挖采样时，由于锄，铲等采样工具的限制，越是想获得底层垫料样品，表层垫料开挖面积越大，对垫料各层次结构破坏越大。经实地测量，使用人工开挖的方法，一个采样点，采样面积一般均达到1.5～2.0m2；2)对垫料层次结构破坏严重。人工开挖时，需不断将下层垫料挖出，堆积覆盖在取样口周围，加之工具振动，垫料脱落与移动，养殖畜禽和采样人员的活动等因素，无法准确测量原有垫料厚度，进而对后续样品采集与各层次理化指标分析结果造成较大影响；3)劳动强度大。传统人工开挖采集垫料样品时，一般单独开挖1个垫料取样点就需要1-2人，连续开挖15-20min，工作强度大，费时费力。
发酵床垫料使用过程中，垫料温度变化是微生物代谢产热积累的结果，反映了微生物代谢强度和垫料物质转化速率；因此，垫料温度是评价发酵床垫料活动强弱最简便、快捷的物理指标。传统方法对发酵床垫料不同层次垫料温度测定，一般是在垫料取样完成后，使用探针式测温仪在取样位置上进行测定或直接使用测温仪异地测定。使用上述方法存在以下问题：1)试验人员需求量大，效率低下。因样品采集与温度测定工作不能同时进行，需单独安排人员对垫料不同层次温度进行测定，仅温度测定一项就需要2人才能进行，1人操作测温仪，1人记录数据，对参加检测的工作人员需要量大，一个采样点各层次温度测定耗时达5-8min，效率较低；2)温度测定数据不科学，不准确：异地测定温度时，因为垫料温度测定地点不在样品采集点进行，发酵床垫料因组分变化和空间变异较大，不能如实反映采集点各层次垫料温度变化，对垫料温度监测存在不科学之处；而在样品采集点进行温度测定，因垫料原有结构层次已经被破坏，并与大气接触，与周围环境存在直接热交换，加之测温仪对温度测定存在一定后延效应，导致测定温度不能实时、准确地实际垫料温度情况。
采用以上方法对发酵床垫料样品进行采集和温度测定，一般需要人员4-5名(垫料开挖需要1-2人，样品收集和装袋标记1人，温度测定仪操作1人，温度数据记录1人)。单个采样点完成上述工作，一般耗时在25-30min左右。人员需求大，程序繁琐，工作强度大，样品采集与测定数据准确性存在先天性不足，亟需从技术层面对发酵床垫料样品采集与温度测定进行改进与提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，它能够方便快捷地将发酵床垫料样品完整采集以及同步完成垫料温度原位测定、无线传输、和数据保存，特别适合垫料组分松散的猪发酵床垫料。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，它包括中空的连接杆和取样筒，连接杆的下端固定连接取样筒，连接杆的上端设有便于敲击的砧头，取样筒的顶端设有堵头，取样筒的底端固定连接环形刀头；连接杆内设有顶杆，顶杆的顶端连接伸出取样筒外面便于把握的退样手柄，顶杆的底端穿过堵头后连接退样活塞，连接杆设有供退样手柄上下移动的环形退样槽；取样筒的外壁安装有通过传输导线连接的无线温度信号发射器和温度探头，系统配有温度显示与储存终端。
所述取样筒上设有环形观测槽，环形观测槽外壁设有刻度标线。
所述连接杆的上部固定安装稳定杆，稳定杆与连接杆相互垂直，稳定杆的两端设有便于把持的把握手柄。
所述无线温度信号发射器通过固定螺栓和固定螺母安装在固定基座上，固定基座安装在取样筒背部上端。
所述温度探头安装在保护框架上的温度探头槽内，保护框架固定在取样筒外壁背部；温度探头均布于取样筒的上、中、下3个部位。
所述温度探头槽呈向上倾斜排布设置于保护框架上。
所述保护框架的横截面为V形，其底端封口，呈朝下的箭型。
所述顶杆的末端安装有用于调节及固定退样活塞位置的调节螺母。
所述温度显示与储存终端设有数据显示屏、电源开关、内置电池及信号接收天线。
本发明系统通过使用温度探头在垫料原位直接测定垫料温度，避免人工开挖垫料取样方式中存在的，破坏垫料原有层次结构，温度测量不准确的不足；缩减了试验人员规模，简化工作流程；温度数据使用无线方式传输到温度显示与储存终端，降低了有线传输方式对测试人员数量的要求和人员活动范围的限制，同时避免了使用有线传输方式因养殖场环境下畜禽活动和连续铁锤敲击工况对传输导线造成损坏，扩大了试验人员活动范围，提高了设备可靠性，温度数据采集的科学性和准确度；而且本发明系统结构简单紧凑、使用便捷，特别适合垫料组分松散的猪发酵床垫料。
附图说明
图1是本发明发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统的正视结构示意图。
图2是图1的后视示意图。
图3是温度显示与储存终端的正视示意图。
图4是温度显示与储存终端的后视示意图。
图5是用于垫料温度测定无线传输的结构正面爆炸图。
图6是图5的反面爆炸图。
图7是用于退样的结构爆炸视图。
图8是用于垫料样品采集的结构正向剖视图。
图9是图8A部中的取样筒和环形刀头的放大示意图。
图10是连接杆与取样筒连接的侧向剖视图。
图中：1-砧头，2-稳定杆，3-把握手柄，4-退样手柄，5-连接杆，6-取样筒，7-环形观测槽，8-刻度标线，9-环形刀头，10-固定基座，11-无线温度信号发射器，12-传输导线，13-温度探头，14-温度探头槽，15-保护框架，16-温度显示与储存终端，17-电源开关，18-信号接收天线，19-内置电池，20-顶杆，21-退样活塞，22-调节螺母，23-取样筒内腔，24-堵头，25-固定螺栓，26-固定螺母，27-环形退样槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置作进一步详细的说明。
本发明发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，包括用于垫料样品采集的结构和用于垫料温度测定无线传输的结构。
如图1、图7、图8、图9和图10所示，所述用于垫料样品采集的结构包括中空的连接杆5和取样筒6，连接杆5的下端通过焊接方式固定连接取样筒6，连接杆5的上端设有便于敲击的砧头1，取样筒6的内腔顶部设有堵头24，取样筒6的底端通过焊接方式固定连接环形刀头9；连接杆5的空腔中安装有顶杆20，顶杆20的顶端通过螺纹连接退样手柄4，退样手柄4与顶杆20相互垂直并伸出取样筒6的外面，以便于操作者把握，连接杆5的两侧设有供退样手柄4上下移动的环形退样槽27；顶杆20的底端穿过堵头24的中心通孔后，通过螺纹连接方式连接退样活塞21和调节螺母22，调节螺母22位于顶杆20的末端，用于调节及固定退样活塞21的位置，以适应不同高度的垫料采集；取样筒6上设有便于观察筒内情况，且与周围大气相连的环形观测槽7，环形观察槽7右侧外壁设有刻度标线8；稳定杆2垂直穿过连接杆5上部预设圆孔，并以焊接方式加以固定。稳定杆2的两端设有便于把持的把握手柄3。
外力不断敲击砧头1，使底部环形刀头9产生向下的剪切力，切割垫料并获取样品，获取垫料样品进入取样筒内腔23中。
稳定杆2穿过连接杆5上部预设圆孔，并焊接固定于连接杆5上，在取样时起稳定系统的作用，在抽取取样筒时，起支撑作用；稳定杆2两端加装把握手柄3，便于使用者握持。
取样筒设有环形观测槽21，与周围大气相连，便于取样时观察样品状态，同时，避免退样活塞系统内部形成负压，阻碍退样。环形观测槽7右侧管壁设有刻度标线8，便于测定垫料深度和准确判断取样位置。
取样时，当垫料样品上升至退样活塞处21时，并不断顶托退样活塞，并推动退样活塞21向上移动。当退样手柄4达到极限工位时，中止敲击砧头1，停止取样。因为取样筒内腔23与周围大气有环形观测槽7相连，因此取样筒内腔23内不会产生正压力，使退样时阻力减小，适合人工操作。
通过旋转调节螺母22，可以调节退样活塞21在顶杆20中的位置；通过联动调节退样手柄4与退样活塞21两者之间的距离，可以针对不同垫料深度变化，灵活调节退样距离，便于对不同垫料深度样品进行灵活退样。
如图2、图3、图4、图5、图6所示，所述用于垫料温度测定无线传输的结构包括无线温度信号发射器11和三个温度探头13，并配置有温度显示与储存终端16。温度探头13安装在保护框架15上的温度探头槽14内，保护框架15为金属材质，并通过焊接方式固定在取样筒6外壁背部，保护框架15的横截剖面呈V型结构，其底端封口且呈箭型，以减少取样时与垫料的摩擦和阻力。三个温度探头13均布于取样筒6外壁背部的上、中、下3个部位，并通过传输导线12以串联方式连接无线温度信号发射器11；无线温度信号发射器11通过固定螺栓25和固定螺母26安装在固定基座10上，固定基座10通过焊接方式固定在取样筒6背部上端。
为了减少向下取样时垫料摩擦对温度探头13的损害，温度探头槽14呈向上倾斜排布方式设置于保护框架14上。
所述温度显示与储存终端16设有电源开关17和内置电池19，并在其顶部设有信号接收天线17，温度显示与储存终端16可采用现有技术，实现数据的接收、显示和保存功能。
3个温度探头13测定发酵床垫料上、中、下部3个位置垫料温度，并将测定的垫料温度数据以无线传输方式传送到温度显示与储存终端16上显示并保存。
保护框架15焊接在取样筒外壁背部上，以固定和保护温度探头12和传输导线11，保护框架15左侧预设矩形开口，便于安装温度探头12和连接传输导线12。保护框架15与无线温度信号发射器11之间留有空隙，便于安装传输导线12和清除掉落在保护框架15内的垫料。
温度显示与储存终端16的正面上方为温度数据显示屏，下方为温度数据显示、翻屏、保存等4个按钮。其中电源开关17位于温度显示与储存终端16右侧，温度显示与储存终端16左侧上部安装有信号接收天线18，其背部下方设置内置电池19，为温度显示与储存终端19提供电源。
支撑基座10为中空结构，以焊接形式固定在取样筒6上，这样既减轻重量，也便于使用固定螺栓25、固定螺母26固定无线温度信号发射器11，防止其在使用过程中脱落。
本发明系统的使用工作流程为：
取样时将底部环形刀头9垂直对准需要采样的发酵床垫料，握紧套牢在稳定杆2上的握把手柄3。使用敲击锤等钝器连续敲击砧头1，通过连续敲击力使环形刀头9产生向下移动的剪切力，切割并分离垫料，使需要采集的垫料样品进入采样筒7内。当环形刀穿透垫料层，同时退样手柄4接近或达到上限工位时，表明取样筒7内已经获得完成垫料样品，停止敲击砧头1。
完成样品采集后，等待1-2min，让固定在取样筒外壁上、中、下3个位置的3个温度探头13充分接触所在位置的垫料，并将所接受的温度数据通过传输导线12，传送到无线温度发射器11，通过其将温度数据以无线数字信号形式传播。温度数据采集人员手持温度显示与储存终端16，打开其电源开关17，接受无线温度信号发射器11传输的各点温度数据，并同步显示数据并保存相关数据，完成温度数据显示与存储。
温度数据采集完毕后，按从左往右方向旋转握把手柄3，待取样筒与周围垫料产生松动后，将整个系统从垫料中垂直取出。单个取样孔只形成直径60mm，面积28.3cm2左右的取样孔，对周围垫料层几乎不产生影响，避免了传统人工开挖垫料取样时存在的：开挖面积大，对周围垫料影响大，并无法保证采样样品层次结构完整性的缺陷。取样装置取出后，横卧取样装置，并垫高连接杆5，避免保护无线温度发射器11直接接触地面而造成损坏。握牢握把手柄3，向环形刀口9方向推动退样手柄4，推动退样活塞21向环形刀口方向产生一定距离位移，使取样筒内腔23内的采集垫料样品与取样器6内壁分离，便于将取样筒内垫料样品整体取出。
本发明系统最大限度保证了采集样品的层次完整性，有利于后期垫料各层次样品的准确采集和后期理化分析，极大提高垫料样品分析的准确性；同步对垫料上、中、下3个层次温度的原位实时测定和数据无线传输与保存，既精简参试人员，简化操作流程，也缩短采集时间。实际使用比较发现，试验工作人员由过去4-5人减为2-3人，样品采集与温度数据采集2项工作整合为1项，单个采样点样品采集时间缩短15-20min，工作效率和劳动强度较传统样品采集和温度测定方法有较大提高。
Claims (7)
1.发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，其特征在于，它包括中空的连接杆和取样筒，连接杆的下端固定连接取样筒，连接杆的上端设有便于敲击的砧头，取样筒的顶端设有堵头，取样筒的底端固定连接环形刀头；连接杆内设有顶杆，顶杆的顶端连接伸出取样筒外面便于把握的退样手柄，顶杆的底端穿过堵头后连接退样活塞，连接杆设有供退样手柄上下移动的环形退样槽；取样筒的外壁安装有通过传输导线连接的无线温度信号发射器和温度探头，系统配有温度显示与储存终端；所述无线温度信号发射器通过固定螺栓和固定螺母安装在固定基座上，固定基座安装在取样筒背部上端；所述温度探头安装在保护框架上的温度探头槽内，保护框架固定在取样筒外壁上；温度探头均布于取样筒的上、中、下3个部位。
2.根据权利要求1所述发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，其特征在于，所述取样筒上设有环形观测槽，环形观测槽上设有刻度标线。
3.根据权利要求1或2所述发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，其特征在于，所述连接杆的上部固定安装稳定杆，稳定杆与连接杆相互垂直，稳定杆的两端设有便于把持的把握手柄。
4.根据权利要求1所述发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，其特征在于，所述温度探头槽呈向上倾斜排布，设置于保护框架上。
5.根据权利要求4所述发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，其特征在于，所述保护框架的横截面为V形，其底端封口，呈朝下的箭型。
6.根据权利要求1或2所述发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，其特征在于，所述顶杆末端安装有用于调节及固定退样活塞位置的调节螺母。
7.根据权利要求1或2所述发酵床垫料样品采集与垫料温度测定无线传输系统，其特征在于，所述温度显示与储存终端设有数据显示屏、电源开关、内置电池及信号接收天线。
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