CN107063740B - 一种原状土柱取样器及其取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原状土柱取样器及其取样方法，涉及土样采集技术领域，针对现有技术取土时只能采用手动方式费时费力，所采土样不好取出以及不好控制取土深度等技术问题，采用包括支架固定有支撑板，支撑板上端一侧固定有动力装置，支架中穿设有取土钻，取土钻上部外表面设置有与主动齿轮对应的从动齿轮，从动齿轮下方的取土钻的外表面设置有轴承，轴承外圈装配有踏板，支架设置有调节腿，调节腿上端连接有支撑杆，支撑杆顶部设置有遮阳伞，遮阳伞上表面设置有太阳能电池板的方案，本发明采用电动旋转的方式，加之利用人体重量转化成取土的向下压力，取代了现有技术取土需要采用人工推或压的方式，即节省了操作人员的体力，大大提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种土样采集技术领域，特别涉及一种原状土柱取样器及其取样方法。
背景技术
原状土柱的淋溶模拟实验是农业科学领域土壤养分、微量元素迁移转化特征研究的重要手段，对于农业生态环境保护具有重要作用，原状土柱样品的获取是淋溶模拟实验的前提和基础。为了采集原状土柱样品，人们专门研发了原状土柱采样装置来进行取样。
现有技术中，原状土柱取样装置多为手动形式，包括把手、连接杆和下端开口的中空钻头，连接杆的上端与所述把手固定连接，连接杆的下端与所述中空钻头的上端固定连接。 目前，中空钻头主要有旋转式和直压式两种，当使用原状土柱取样装置进行土壤采集时，旋转式中空钻头可旋转进入土壤中，直压式中空钻头则通过操作者锤击或辅助外力进入土壤中，由于现有技术中采集土柱的钻头为中空结构，因此采集到的土壤具有难以取出的缺点，此外，现有技术的中空钻头因采用人力推压，在取样时不容易控制进入土壤的深度。
发明内容
本发明提供一种原状土柱取样器及其取样方法，用以解决现有技术取土样时只能采用手动方式费时费力，所采土样不好取出以及不好控制取土深度等技术问题。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：
一种原状土柱取样器，包括支架，所述支架固定有支撑板，所述支撑板上端一侧固定有动力装置，所述支架中穿设有取土钻；
所述动力装置包括变速箱，所述变速箱的输入轴与电动机连接，所述变速箱的输出轴设置有主动齿轮；
所述取土钻为空心圆柱形，取土钻上部外表面设置有与所述主动齿轮对应的从动齿轮，所述从动齿轮下方的取土钻的外表面设置有轴承，所述轴承外圈装配有踏板；
所述取土钻内设置有提套，所述提套为空心圆柱形，并能够在所述取土钻内部滑动，提套顶部设置有把手，提套底部设置有提钩；
所述取土钻内设置有取土管，该取土管上端设置有与所述提钩对应的开口，并能够在所述取土钻内部滑动；
所述支架设置有调节腿，所述调节腿上端连接有支撑杆，所述支撑杆顶部设置有遮阳伞，所述遮阳伞上表面设置有太阳能电池板。
优选地，所述支架包括内架，与所述内架铰接的延长杆，所述延长杆一端开设有调节孔；
所述内架中心开设有主孔，所述取土钻一端穿过所述主孔与所述支架活动连接；
所述调节孔内穿设有调节腿；
所述延长杆与所述内架铰接的一端顶面设置有支架挡块。
优选地，所述取土钻底端开设有下宽上窄的圆台孔，所述圆台孔的外边缘构成所述取土钻的刀刃；
所述取土钻内部的空心圆柱直径大于所述圆台孔小端直径。
优选地，所述踏板包括踏板本体，所述踏板本体开设有与所述轴承对应的轴承孔，所述踏板本体两侧分别设置有两块踏翼，所述踏翼与所述踏板本体铰链连接，所述踏翼与所述踏板本体铰链端底面设置有踏板挡块；
所述踏板本体还开设有滑孔。
优选地，所述调节腿外表面设置有螺纹，所述调节腿底端打磨成圆锥形。
优选地，所述支架还设置有导轨，所述导轨与所述支撑板长度方向相互平行。
优选地，所述支架还设置有传感器，用于检测所述踏板的位置。
优选地，所述取土管内表面还设置有湿度检测传感器、盐分检测传感器，所述取土管外表面粘贴有电子标签，所述主孔内壁设置有射频读写装置，用于利用射频技术与取土管上的传感器、电子标签通信。
优选地，所述遮阳伞还包括卫星定位模块、电源模块和处理模块。
本发明的另一方面提供了一种基于上述的原状土柱取样器的原状土柱取样方法，包括以下步骤：
S1、选择一块平坦的需要取样的地块；
S2、安装并固定好原状土柱取样器；
S3、用手扶着所述支撑杆，然后双脚踩到踏板上并利用人体的重力给取土钻施加向下的压力；
S4、启动电动机进行取土；
S5、当所述取土钻到达设定深度后，从踏板上下来，并让电动机反转，然后拔出取土钻；
S6、土样分析、定位及信息记录，并完成取土工作。
本发明采用电动旋转的方式，加之利用人体重量转化成取土的向下压力，取代了现有技术取土需要采用人工推或压的方式，即节省了操作人员的体力，也提高了工作效率，本发明还配置了太阳能供电系统以及土壤检测和定位功能，能够保证装置在野外工作能有效续航以及土壤基本信息和定位，并能自动生成电子标签信息，大大提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种原状土柱取样器的总体结构示意图；
图2是本发明提供的一种原状土柱取样器的部分结构示意图；
图3是本发明提供的一种原状土柱取样器的取土钻及踏板的结构示意图；
图4是本发明提供的一种原状土柱取样器的取土钻及踏板的装配示意图；
图5是本发明提供的一种原状土柱取样器的取土钻结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图1-图5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种原状土柱取样器，主要由支架1、动力装置2、取土钻3、踏板4、调节腿5、支撑杆6和遮阳伞7构成；
所述支架1包括内架10、与所述内架10铰接的延长杆12，所述延长杆12一端开设有调节孔13；所述延长杆12与所述内架10铰接的一端顶面设置有支架挡块14，支架挡块14用于加强延长杆12展开时的强度；
所述调节孔13内穿设有调节腿5，所述调节腿5外表面设置有螺纹，能与调节孔13实现螺纹连接，所述调节腿5底端打磨成圆锥形，调节腿5能够实现支架1的平衡或高低调节，所述调节腿5上端连接有支撑杆6，所述支撑杆6顶部设置有遮阳伞7，所述遮阳伞7上表面设置有太阳能电池板70以及卫星定位模块、电源模块和处理模块，卫星定位模块用于确定所取土样的经纬度，电源模块用于为装置提供电能，处理模块用于控制装置的工作以及检测土样、记录信息等，这些电气模块都按照常规的接线方式连接，此处不做特别描述；
所述支架1固定有支撑板11，所述支撑板11上端一侧固定有动力装置2，所述动力装置2包括变速箱20，所述变速箱20的输入轴与电动机21连接，所述变速箱20的输出轴设置有主动齿轮22，电动机21直接受处理模块控制；
所述内架10中心开设有主孔101，所述取土钻3一端穿过所述主孔101与所述支架1活动连接；
所述取土钻3为空心圆柱形，取土钻3上部外表面设置有与所述主动齿轮22对应的从动齿轮31，该从动齿轮为圆柱长齿轮，从动齿轮31与主动齿轮22啮合后从动齿轮31能够沿着轴向上下滑动而不影响齿轮间的传动；取土钻3的空腔内设置有提套300，所述提套300为空心圆柱形，并能够在所述取土钻3内部滑动，提套300顶部设置有把手301，把手301用于提起提套300，提套300底部设置有“L”形结构的提钩302；取土钻3内还设置有取土管310，该取土管310上端设置有与所述提钩302对应的开口311，并能够在所述取土钻3内部滑动，当提钩302插入开口311后并旋转后即可相互锁定，提起提套300就能通过提钩302与开口311的配合提起取土管310；所述取土管310内表面还设置有湿度检测传感器、盐分检测传感器，湿度检测传感器采用电阻贴片式，根据土壤内的电阻率分析得出湿度，所述取土管310外表面粘贴有电子标签，该电子标签采用类似超市用不干胶电子标签，湿度检测传感器、盐分检测传感器采用射频技术供电；所述取土钻3底端开设有下宽上窄的圆台孔33，所述圆台孔33的外边缘构成所述取土钻3的刀刃；所述取土钻3内部的空心圆柱直径大于所述圆台孔33小端直径；
所述从动齿轮31下方的取土钻3的外表面设置有轴承32，所述轴承32外圈装配有踏板4；
所述踏板4包括踏板本体40，所述踏板本体40开设有与所述轴承32对应的轴承孔43，所述踏板本体40两侧分别设置有两块踏翼42，所述踏翼42与所述踏板本体40铰链连接，所述踏翼42与所述踏板本体40铰链端底面设置有踏板挡块44，延长杆12和踏翼42都设计成铰接方式，目的是为了减小体积，方便收拾、包装以及运输；所述踏板本体40还开设有滑孔41；
所述支架1还设置有导轨15，所述导轨15与所述支撑板11长度方向相互平行，导轨15穿设在滑孔41内，在电机转动时保证取土钻能够沿着导轨15上下滑动；
为了检测取土钻3的取土深度，所述支架1还设置有传感器16，用于检测所述踏板4的位置，该传感器可以采用激光传感器、超声波传感器或者红外传感器，传感器的连接方式采用常用的方式，没有特殊处理，此处不做限定；
所述主孔101内壁设置有射频读写装置，用于利用射频技术给取土管310上的传感器、电子标签提供电能以及互相通信。
取样器收纳时，可以将取土钻3从主孔101中拔出，然后将踏翼42折叠起来，同样的，延长杆12、遮阳伞7也可以折叠，支撑杆6可以取下，以便于减小体积节省空间。
取样器展开时，首先将支架1展开，然后在主孔101中插入取土钻3，并安装好支撑杆6和遮阳伞7，连接好导线插头即可。
取土的方法按以下步骤进行：
S1、选择一块平坦的需要取样的地块：首先选择一块平坦的需要取样的地块；
S2、安装并固定好原状土柱取样器：将取样器上的延长杆12展开，并调整好调节腿5，然后组装好支撑杆6和遮阳伞7并连接好从电源模块和处理模块引出的电源线和控制线，并将取样器固定到选好的地块中；
S3、用手扶着所述支撑杆，然后双脚踩到踏板上并利用人体的重力给取土钻施加向下的压力：手扶着支撑杆6，然后双脚踩到踏板4上并利用人体的重力给取土钻3施加向下的压力；
S4、启动电动机进行取土：通过安装在处理模块上的按键启动电动机21进行取土，电动机21转动时带动变速箱20内的变速齿轮进行变速并输出到主动齿轮22，同时主动齿轮22带动安装在取土钻3外表面的从动齿轮31旋转，从而带动取土钻3跟着旋转，这样更有利于切割土样；取土过程中，取土钻3随着人体的压力和旋转力，逐渐往地下移动，于此同时被取土钻3的刀刃切割开的圆柱状土样沿着圆台孔33进入取土管310中，由于圆台孔33为下宽上窄的结构，圆柱状土柱经过圆台孔33的上口时被压缩，接着进入取土管310后由于突然失去压缩力而膨胀，因此柱状土样能够在取土管310中与管壁有一定摩擦力；取土钻3向下移动的同时，安装在支架1上的传感器16实时监测踏板的移动位置，从而判断是否到达预设的取土位置（预设取土位置由处理模块上的按键设置）；
S5、当所述取土钻到达设定深度后，从踏板上下来，并让电动机反转，然后拔出取土钻：
当所述取土钻3到达设定深度后，从踏板4上下来，并让电动机21反转，然后从土中拔出取土钻3；
S6、土样分析、定位及信息记录，并完成取土工作：完成取土后，通过处理模块上的按键设置，并利用主孔101内壁设置有射频读写装置，给取土管310上的传感器、电子标签提供能源及通信，并将卫星定位模块上的定位信息以及土壤检测结构录入到取土管310的电子标签上；最后提起提套300，提套300通过提钩302与取土管310上的开口311将取土管310从取土钻3内腔中取出，接着更换另一根取土管310即可进行下一次土样采集。
本发明采用电动旋转的方式，加之利用人体重量转化成取土的向下压力，取代了现有技术取土需要采用人工推或压的方式，即节省了操作人员的体力，也提高了工作效率，本发明还配置了太阳能供电系统以及土壤检测和定位功能，能够保证装置在野外工作能有效续航以及土壤基本信息和定位，并能自动生成电子标签信息，大大提高了工作效率。
Claims (10)
1.一种原状土柱取样器，包括动力装置（2）、取土钻（3），所述动力装置（2）包括变速箱（20），所述变速箱（20）的输入轴与电动机（21）连接，所述变速箱（20）的输出轴设置有主动齿轮（22）；所述取土钻（3）为空心圆柱形，其特征在于：包括支架（1），所述支架（1）固定有支撑板（11），所述支撑板（11）上端一侧固定有动力装置（2），所述支架（1）中穿设有取土钻（3）；
所述取土钻（3）上部外表面设置有与所述主动齿轮（22）对应的从动齿轮（31），所述从动齿轮（31）下方的取土钻（3）的外表面设置有轴承（32），所述轴承（32）外圈装配有踏板（4）；
所述取土钻（3）内设置有提套（300），所述提套（300）为空心圆柱形，并能够在所述取土钻（3）内部滑动，提套（300）顶部设置有把手（301），提套（300）底部设置有提钩（302）；
所述取土钻（3）内设置有取土管（310），该取土管（310）上端设置有与所述提钩（302）对应的开口（311），并能够在所述取土钻（3）内部滑动；
所述支架（1）设置有调节腿（5），所述调节腿（5）上端连接有支撑杆（6），所述支撑杆（6）顶部设置有遮阳伞（7），所述遮阳伞（7）上表面设置有太阳能电池板（70）。
2.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于：
所述支架（1）包括内架（10）、与所述内架（10）铰接的延长杆（12），所述延长杆（12）一端开设有调节孔（13）；
所述内架（10）中心开设有主孔（101），所述取土钻（3）一端穿过所述主孔（101）与所述支架（1）活动连接；
所述调节孔（13）内穿设有调节腿（5）；
所述延长杆（12）与所述内架（10）铰接的一端顶面设置有支架挡块（14）。
3.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于：
所述取土钻（3）底端开设有下宽上窄的圆台孔（33），所述圆台孔（33）的外边缘构成所述取土钻（3）的刀刃；
所述取土钻（3）内部的空心圆柱直径大于所述圆台孔（33）小端直径。
4.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于：
所述踏板（4）包括踏板本体（40），所述踏板本体（40）开设有与所述轴承（32）对应的轴承孔（43），所述踏板本体（40）两侧分别设置有两块踏翼（42），所述踏翼（42）与所述踏板本体（40）铰链连接，所述踏翼（42）与所述踏板本体（40）铰链端底面设置有踏板挡块（44）；
所述踏板本体（40）还开设有滑孔（41）。
5.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于：
所述调节腿（5）外表面设置有螺纹，所述调节腿（5）底端打磨成圆锥形。
6.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于：
所述支架（1）还设置有导轨（15），所述导轨（15）与所述支撑板（11）长度方向相互平行。
7.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于：
所述支架（1）还设置有传感器（16），用于检测所述踏板（4）的位置。
8.根据权利要求2所述的取样器，其特征在于：
所述取土管（310）内表面还设置有湿度检测传感器、盐分检测传感器，所述取土管（310）外表面粘贴有电子标签；所述主孔（101）内壁设置有射频读写装置，用于利用射频与取土管（310）上的传感器、电子标签通信。
9.根据权利要求1所述的取样器，其特征在于：
所述遮阳伞（7）还包括卫星定位模块、电源模块和处理模块。
10.一种基于权利要求1的原状土柱取样器的原状土柱取样方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择一块平坦的需要取样的地块；
S2、安装并固定好原状土柱取样器；
S3、用手扶着所述支撑杆（6），然后双脚踩到踏板（4）上并利用人体的重力给取土钻（3）施加向下的压力；
S4、启动电动机（21）进行取土；
S5、当所述取土钻（3）到达设定深度后，从踏板（4）上下来，并让电动机（21）反转，然后拔出取土钻（3）；
S6、土样分析、定位及信息记录，并完成取土工作。
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