CN109612772A - 土壤取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土壤装置及方法，属于土壤环境领域。所述装置包括：撞击单元、动力传递件、一个或多个存储单元与钻头单元；所述撞击单元包括撞击件与加重所述撞击件重量的加重件，所述加重件位于所述撞击件上；所述撞击件与所述动力传递件可相对滑动；所述动力传递件、所述存储单元与所述钻头单元顺次连接。本发明通过加重件增加撞击件的负重，利用撞击件向下的重力作用，对钻头单元施加作用力。上提装置时通过卸载掉撞击件上的加重件，实现钻头的上提，降低了劳动成本，提高了作业效率。

Description

土壤取样装置及方法

技术领域

本发明涉及土壤环境领域，特别涉及一种土壤取样装置及方法。

背景技术

土壤中的水分、盐分和养分等指标的监测结果是评价农作物生长环境和农村生态环境的关键。对土壤中的水分、盐分和养分等指标进行检测时，需要土壤取样装置获取待检测的土壤。

相关技术采用的土壤取样装置包括：螺旋杆，螺旋杆下端连接的取样槽。通过转动螺旋杆使取样槽进入地层，土壤在取样槽里形成了一个土柱，将整个土柱取出来进行分析。

发明人发现相关技术至少存在以下问题：

通过转动螺旋杆使取样槽进入地面或提出地面，螺旋杆在土地中旋转困难，费时费力，效率不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种土壤取样装置及方法，可解决上述技术问题。技术方案如下：

一方面，提供了一种土壤取样装置，所述装置包括：撞击单元、动力传递件、一个或多个存储单元与钻头单元；

所述撞击单元包括撞击件与加重所述撞击件重量的加重件，所述加重件位于所述撞击件上；

所述撞击件与所述动力传递件可相对滑动；

所述动力传递件、所述存储单元与所述钻头单元顺次连接。

在一种可选地实施方式中，所述撞击件为套筒，所述加重件位于所述套筒上；

所述动力传递件位于所述套筒内，所述套筒可沿所述动力传递件上下滑动；

所述动力传递件顶端具有第一限位机构，所述套筒滑动至所述动力传递件顶端时与所述第一限位机构相抵。

在一种可选地实施方式中，所述撞击件为撞击柱；所述加重件位于所述撞击柱上；

所述撞击柱位于所述动力传递件内，且可在所述动力传递件内上下滑动；

所述撞击柱底端具有第二限位机构，所述撞击柱滑动至所述动力传递件顶端时，所述第二限位机构与所述动力传递件的顶端相抵。

在一种可选地实施方式中，所述存储单元包括至少一组相对设置的两个半体，所述两个半体的一端与所述动力传递件连接，另一端与所述钻头单元连接。

在一种可选地实施方式中，所述两个半体的外壁上具有刻度线，所述刻度线用于获取土壤取样的位置。

在一种可选地实施方式中，所述钻头单元包括钻头与切割线，所述切割线沿所述钻头径向与所述钻头连接，所述切割线用于切割所述存储单元内的土壤样品；

所述钻头内部为坡面结构，所述坡面结构由上至下的坡度逐渐增大；

所述钻头的底端为齿状，所述齿状的齿与齿之间的角度为30°-60°。

在一种可选地实施方式中，所述存储单元的内壁为糙面结构。

在一种可选地实施方式中，所述两个半体的上端内壁具有第一环形凹槽，所述动力传递件上具有与所述第一环形凹槽相适配的第二环形凹槽；所述两个半体的下端内壁具有第三环形凹槽，所述钻头单元上具有与所述第三环形凹槽相适配的第四环形凹槽；所述两个半体通过所述第一环形凹槽、所述三环形凹槽分别与所述动力传递件、所述钻头单元连接。

另一方面，提供了一种土壤取样方法，所述方法包括：

获取地层取样深度、地层取样斜度与存储单元的长度；

根据所述地层取样深度、所述地层取样斜度以及所述存储单元的长度得到存储单元的数量；

根据所述存储单元的数量选取存储单元；

根据选取的所述存储单元安装土壤取样装置；

通过撞击单元使所述土壤取样装置进入地面进行取样；

卸掉撞击单元上的加重件，上提所述土壤取样装置得到土壤样品。

在一种可选地实施方式中，所述根据所述地层取样深度、所述地层取样斜度以及所述存储单元的长度得到存储单元的数量，包括：

根据如下公式得到存储单元的数量n：

其中，h为所述地层取样深度，S为所述地层取样斜度，l为所述存储单元的长度。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的土壤取样装置，取样时，通过钻头单元与地面接触，通过加重件为撞击件加重后向下反复击打动力转递件，撞击件向下活塞运动时具有动能，通过动力传递件将该动能依次传递给存储单元和钻头单元，钻头单元受力进入地层内，土壤在存储单元内被存储。卸载掉撞击件上的加重件，反复上提撞击件，通过撞击件将存储单元与钻头单元从地层中提起，实现取样作业。

通过加重件增加撞击件的负重，利用撞击件向下的重力作用，对钻头单元施加作用力，相比相关技术中通过转动螺旋杆使钻头进入地面，或将装置提出地面省时省力。上提装置时通过卸载掉撞击件上的加重件，实现钻头的上提，降低了劳动难度，提高了作业效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的土壤取样装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的土壤取样装置结构示意图；

图3是本发明实施例提供的撞击单元与动力传递件结构示意图；

图4是本发明实施例提供的半体结构示意图；

图5是本发明实施例提供的钻头俯视图；

图6是本发明实施例提供的钻头剖视图；

图7是本发明实施例提供的土壤取样方法流程示意图。

附图标记分别表示：

1-撞击单元，11-撞击件，2-动力传递件，3-存储单元，31-半体，4-钻头单元，5-把手。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种土壤取样装置，如图1或2所示，该装置包括：撞击单元1、动力传递件2、一个或多个存储单元3与钻头单元4；

撞击单元1包括撞击件11与加重撞击件11重量的加重件，加重件位于撞击件11上；

撞击件11与动力传递件2可相对滑动设置；

动力传递件2、存储单元3与钻头单元4顺次连接。

本发明实施例提供的装置至少具有以下技术效果：

本发明实施例提供的土壤取样装置，取样时，通过钻头单元4与地面接触，通过加重件为撞击件11增加重量后下放撞击件11，通过撞击件11向下反复运动击打动力转递件2，撞击件11向下运动时具有重力势能，通过动力传递件2将该重力势能依次传递给存储单元3和钻头单元4，钻头单元4受力进入地层内，土壤在存储单元3内被存储。卸载掉撞击件11上的加重件，通过对撞击单元1向上反复击打，上提撞击件11，通过撞击件11将存储单元3与钻头从地层中提起，实现取样作业。

通过加重件增加撞击件11的负重，利用撞击件11向下的重力作用，对钻头单元4施加作用力，相比相关技术中通过转动螺旋杆使钻头进入地面，省时省力。上提装置时通过卸载掉撞击件11上的加重件，实现钻头的上提，降低了劳动成本，提高了作业效率。

以下将通过可选地实施例进一步地描述本发明实施例提供的土壤取样装置。

可选地，如图2所示，撞击件11为套筒；

动力传递件2位于套筒内，套筒可沿动力传递件2上下滑动；

动力传递件2顶端具有第一限位机构，套筒滑动至动力传递件2顶端时与第一限位机构相抵。

考虑到套筒向下运动时要通过自身的重力和加重件的作用对动力传递件2施加重力，使钻头单元4进入地层。因此套筒须为具有一定强度和抗压能力的套筒。示例的，套筒可以是不锈钢材质的套筒，也可以是生铁材质的套筒。套筒的形状可以是圆柱体、正方体或长方体的套筒，形状不做限定。

可选地，套筒的底端具有第一通孔，第一通孔的大小与动力传递件2的直径大小相适配，但小于第一限位机构的直径。动力传递件2通过第一通孔位于套筒内，可沿套筒做上下的活塞运动。考虑到作业时，套筒沿着动力传递件2向下后钻头单元4进入地面，存储单元3存储土壤后需要上提装置。因此，第一通孔的直径不能太大，太大会导致动力传递件2从第一通孔直接穿出。但是，第一通孔太小则会与动力传递件2之间产生摩擦，导致动力传递件2在向下运动时阻力太大，减小动力的传递作用。因此，第一通孔的大小既可以达到不影响动力传递件2传递撞击件11的动力作用，也不会妨碍装置的上提即可。

套筒内上端也可以填充或设置加重件，以增加套筒自身的重量，通过与加重件的配合，更好的将装置打入地面，实现取样作业。

示例的，加重件可以是具有一定重量的加重环，通过将加重环套接在套筒上，实现对套筒的加重。当加重件为加重环时，可以在套筒的外壁设置多个固定件，例如支架等。将套环套接在套筒上，并限位于支架上，避免套环下滑。示例的，也可以在套环的内壁设置螺纹，套筒的外壁设置螺纹，套环与套筒螺纹连接。示例的，也可以是在套筒上设置连接孔，套环上设置与套筒上的连接孔相适配的连接孔，套筒与套环螺栓连接。当上提装置时，通过减少套筒上的配重，上提套筒，节省了人力。

考虑到套筒滑动至动力传递件2顶端时与动力传递件2顶端的第一限位机构相抵，动力传递件2对套筒进行限位。因此，第一限位机构的尺寸应该大于第一通孔的直径。第一限位机构可以是位于动力传递件2顶端与动力传递件2一体成型的T形台肩，T形台肩的直径大于第一通孔的直径。第一限位机构也可以是与动力传递件2连接的套环，套环的直径大于第一通孔的直径。也可以是设置在动力传递件2上的爪，爪的数量可以是1个，也可以是多个，当爪为多个时对动力传递件2的限位作用大于爪为1个时的限位作用。

动力传递件2可以是实心的传递杆，也可以是空心的传递杆，只要能达到将撞击件11的重力传递给钻头单元4的作用即可。

可选地，如图3所示，撞击件11为撞击柱；撞击柱位于动力传递件2内，且可在动力传递件2内上下滑动，进行上下的活塞运动；

撞击柱底端具有第二限位机构，撞击柱滑动至动力传递件2顶端时，第二限位机构与动力传递件2的顶端相抵。

在本实施例中，撞击柱位于动力传递件2内，且可在动力传递件2内上下滑动。通过加重件与撞击柱反复下降时的重力作用，对动力传递件2施加重力。撞击柱可以设置为具有一定重量的柱体，示例的，可以是实心的钢筋柱，也可以是浇筑的水泥柱，增加撞击柱下降时的重力。撞击柱的形状可以是圆柱形的柱子，也可以是三角形、四边形等形状的柱子。

可选地，动力传递件2上具有第二通孔，撞击柱穿过第二通孔位于动力传递件2内，且可在动力传递件2内上下滑动。

当撞击柱向下反复运动至动力传递件2的底端，钻头受力被打入地面，当需要上提装置时，去掉撞击柱上的加重件，通过拉动撞击柱向上运动，通过撞击柱底端的第二限位机构与动力传递件2的顶端相抵，进而带动动力传递件2、存储单元3与钻头向上运动，实现装置上提。当撞击柱为圆柱形、三角形或四边形的柱子时，第二通孔的形状与撞击柱的形状相适配。

考虑到撞击柱需要通过第二通孔在动力传递件2内上下滑动，即撞击柱可以在动力传递件2内进行向下运动且不脱离动力传递件2，第二通孔的直径应该大于撞击柱的直径，且不大于第二限位机构的直径。考虑到减轻撞击柱向下运动时的阻力，第二通孔的直径可以略大于撞击柱的直径，不与撞击柱接触，避免因为接触摩擦降低撞击柱的撞击效果。

第二限位机构可以是位于撞击柱底端与撞击柱一体成型的T形台肩，T形台肩的直径大于第二通孔的直径。第二限位机构也可以是与撞击柱连接的套环，套环的直径大于第二通孔的直径。也可以是设置在撞击柱上的爪，爪的数量可以是1个，也可以是多个，当爪为多个时对撞击柱的限位作用大于爪为1个时的限位作用。

考虑到本实施例中，撞击柱在动力传递件2内上下运动，实现动力的传递。因此，对撞击柱加重的加重件可以是设置在撞击柱顶端的加重块。加重块与撞击柱可拆卸连接。当撞击柱向下运动时，给撞击柱连接加重块，增加撞击柱的重量，当需要上提装置时，拆卸掉加重块，减轻撞击柱的重量，并上提撞击柱，节省人力。作为一种示例，加重块与撞击柱之间可以是螺纹连接，也可以是螺栓连接等连接方式。

可选地，如图2或3所示，本发明实施例提供的装置还包括：把手5。把手5与撞击单元1连接。

示例的，当撞击件11为套筒时，把手5与套筒连接，上提装置时，通过把手5上提套筒，进而将装置提出地层。可选地，把手5与套筒之间可以是固定连接，例如焊接等，也可以是可拆卸连接，例如，螺栓连接等。

示例的，当撞击件11为撞击柱时，把手5与撞击柱连接，上提装置时，通过把手5上提撞击柱，进而将装置提出地层。可选地，把手5与撞击柱之间可以是固定连接，例如焊接等，也可以是可拆卸连接，例如，螺栓连接等。

可选地，如图4所示，存储单元3包括至少一组相对设置的两个半体31，两个半体31的一端与动力传递件2连接，另一端与钻头单元4连接。

本发明实施例提供的装置，取样时，先根据需要取样的地层深度，选取一定数量的存储单元3。例如，当需要对比较深的地层进行取样时，一个存储单元3可能不能满足地层深度的要求，因此，通过设置多个存储单元3进入地层进行取样。示例的，存储单元3的数量可以为1个、2个、3个、4个，5个等。

作为一种示例，当需要取样的地层深度为1米，一个存储单元3的长度为0.5米，此时就需要两个存储单元3连接起来进入地层中进行取样。

本发明实施例提供的存储单元3包括相对设置的两个半体31，两个半体31的中间形成了环形空间，当存储单元3进入地层后，土壤被存储在环形空间内。两个半体31之间可拆卸连接。当起出装置对土壤样品进行检测时，可以通过拆卸两个半体31，取出土壤。

可选地，两个半体31的上端内壁具有第一环形凹槽，动力传递件2上具有与第一环形凹槽相适配的第二环形凹槽；两个半体31的下端内壁具有第三环形凹槽，钻头单元4上具有与第三环形凹槽相适配的第四环形凹槽；两个半体31通过第一环形凹槽、第三环形凹槽分别与动力传递件2、钻头单元4连接。

可选地，当存储单元3为多个时，多个两个半体31相互连接。此时，最上端与动力传递件2连接的两个半体31的上端内壁具有第一环形凹槽，与两个半体31外壁连接的动力传递件2的内壁上具有与第一环形凹槽相适配的第二环形凹槽，两个半体31的上端通过第一环形凹槽、第二环形凹槽与动力传递件2连接。

示例的，可以是两个半体31通过第一环形凹槽、第二环形凹槽套在重力传递件2上。

最下端与钻头单元4连接的两个半体31的下端内壁具有第三环形凹槽，钻头单元4的外壁上具有与第三环形凹槽相适配的第四环形凹槽，两个半体31通过第三环形凹槽、第四环形凹槽与钻头单元4连接。

示例的，可以是钻头单元4通过第四环形凹槽套在两个半体31下端内壁的第三环形凹槽上。

可选地，当存储单元3为多个时，相邻两个半体31之间通过螺纹连接或者丝扣连接。

考虑到两个半体31的两端分别与动力传递件2、钻头单元4连接进入土壤后会发生脱离，在两个半体31上设置第一螺纹孔，在动力传递件2、钻头单元4上设置与第一螺纹孔相适配的第二螺纹孔。将两个半体31通过第一螺纹孔与第二螺纹孔螺纹连接，避免在进入地层后发生脱离。

可选地，两个半体31的外壁上具有刻度线，刻度线用于获取土壤取样的位置。

本发明实施例提供的装置，两个半体31的外壁上具有刻度线，通过刻度线可以获得装置取得的土壤样品的位置。相比相关技术不能获得土壤准确的位置信息，提高了所取得的土壤样品的准确性。

可选地，本发明实施例在两个半体31与动力传递件2、钻头单元4或者另一组两个半体31连接处也设置了刻度线，防止当多组两个半体31连接，或一组两个半体31与动力传递件2、钻头单元4连接时，连接处没有刻度线导致取样产生误差。

可选地，两个半体31可以采用不锈钢材质的半环体，或生铁材质的半环体。采用不锈钢材质的半环体相比采用生铁材质的半环体可以避免装置生锈，也可以减轻装置整体的重量。

可选地，如图5所示，钻头单元4包括钻头与切割线，切割线沿钻头径向与钻头连接，切割线用于切割存储单元3内的土壤样品；

钻头内部为坡面结构，坡面结构由上至下的坡度逐渐增大；

钻头的底端为齿状，齿状的齿与齿之间的角度为30-60°。

当钻头内部的坡度逐渐增大时，如图5所示，钻头内的直径由上至下逐渐增大。

钻头的底端设置为齿状，方便钻头进入地面。示例的钻头齿状齿与齿之间的角度可以为30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°等。

通过设置切割线，当钻头进入地层后，进入存储单元3内的土壤会被切分为两部分，由于本发明实施例提供的示例中，存储单元3包括相对设置的两个半体31，通过切割线切割的土壤在装置起出地面后更容易配合两个半体31将土壤从存储单元3内取出。示例的，切割线可以采用钢丝，钢丝沿钻头径向与钻头两端连接。

可选地，本发明实施例提供的装置，如图6所示，钻头内部采用由下向上的坡面结构，通过设置钻头内部的坡面结构，使钻头内部的直径由上向下呈小到大的渐变趋势，可以减小钻头进入地层的阻力，减小取样的难度，提高取样的效率。

可选地，钻头的底端为齿状结构的钻头，该齿状结构的齿与齿之间的角度为30-60°，示例的，可以是30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°。

齿弯曲的角度为180°，方便钻头进入地层中。

可选地，存储单元3的内壁为糙面结构。

通过在存储单元3的内壁设置为糙面结构，可以避免在装置上提时，土壤散落，可以提高取样的成功率。

另一方面，本发明实施例提供了用于一种土壤取样方法，如图7所示，该方法包括：

步骤S101、获取地层取样深度、地层取样斜度与存储单元3的长度；

步骤S102、根据地层取样深度、地层取样斜度以及存储单元3的长度得到存储单元3的数量；

步骤S103、根据存储单元3的数量选取存储单元3；

步骤S104、根据选取的存储单元3安装土壤取样装置；

步骤S105、通过撞击单元1使土壤取样装置进入地面进行取样；

步骤S106、卸掉撞击单元1上的加重件，上提土壤取样装置得到土壤样品。

考虑到存储单元3长度的限制，取样时，当需要取样的地层深度一定时，如果将钻头沿着垂直距离下入地层内，会导致取到的土壤的含量较少，但又不能将存储单元3下入更深的地层以获取更多的土壤样品。此时，可以通过钻头的倾斜，使存储单元3沿着倾斜方向进入地层内。获取所需深度的土壤样品，且能达到要求地层深度的土壤样品含量。

当需要取样的地层较深时，一个存储单元3不能达到取样的深度，因此，通过首先获取地层取样斜度、地层取样深度以及需要用到的存储单元3的长度，进而得到所需要的存储单元3的数量，通过存储单元3的数量选取存储单元3，通过安装选取的存储单元3后，将装置下入地层中，进行取样。

可选地，步骤S102、根据地层取样深度，地层取样斜度以及存储单元3长度得到存储单元3的数量包括：

根据如下公式获得存储单元3的数量n：

其中，h为地层取样深度，S为地层取样斜度，l为存储单元3长度。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土壤取样装置，其特征在于，所述装置包括：撞击单元(1)、动力传递件(2)、一个或多个存储单元(3)与钻头单元(4)；

所述撞击单元(1)包括撞击件(11)与加重所述撞击件(11)重量的加重件，所述加重件位于所述撞击件(11)上；

所述撞击件(11)与所述动力传递件(2)可相对滑动；

所述动力传递件(2)、所述存储单元(3)与所述钻头单元(4)顺次连接。

2.根据权利要求1所述的土壤取样装置，其特征在于，所述撞击件(11)为套筒，所述加重件位于所述套筒上；

所述动力传递件(2)位于所述套筒内，所述套筒可沿所述动力传递件(2)上下滑动；

所述动力传递件(2)顶端具有第一限位机构，所述套筒滑动至所述动力传递件(2)顶端时与所述第一限位机构相抵。

3.根据权利要求1所述的土壤取样装置，其特征在于，所述撞击件(11)为撞击柱；所述加重件位于所述撞击柱上；

所述撞击柱位于所述动力传递件(2)内，且可在所述动力传递件(2)内上下滑动；

所述撞击柱底端具有第二限位机构，所述撞击柱滑动至所述动力传递件(2)顶端时，所述第二限位机构与所述动力传递件(2)的顶端相抵。

4.根据权利要求1所述的土壤取样装置，其特征在于，所述存储单元(3)包括至少一组相对设置的两个半体(31)，所述两个半体(31)的一端与所述动力传递件(2)连接，另一端与所述钻头单元(4)连接。

5.根据权利要求4所述的土壤取样装置，其特征在于，所述两个半体(31)的外壁上具有刻度线，所述刻度线用于获取土壤取样的位置。

6.根据权利要求1所述的土壤取样装置，其特征在于，所述钻头单元(4)包括钻头与切割线，所述切割线沿所述钻头径向与所述钻头连接，所述切割线用于切割所述存储单元(3)内的土壤样品；

所述钻头内部为坡面结构，所述坡面结构由上至下的坡度逐渐增大；

所述钻头的底端为齿状，所述齿状的齿与齿之间的角度为30-60°。

7.根据权利要求1所述的土壤取样装置，其特征在于，所述存储单元(3)的内壁为糙面结构。

8.根据权利要求4或5所述的土壤取样装置，其特征在于，所述两个半体(31)的上端内壁具有第一环形凹槽，所述动力传递件(2)上具有与所述第一环形凹槽相适配的第二环形凹槽；所述两个半体(31)的下端内壁具有第三环形凹槽，所述钻头单元(4)上具有与所述第三环形凹槽相适配的第四环形凹槽；所述两个半体(31)通过所述第一环形凹槽、所述三环形凹槽分别与所述动力传递件(2)、所述钻头单元(4)连接。

9.一种土壤取样方法，其特征在于，所述方法包括：

获取地层取样深度、地层取样斜度与存储单元(3)的长度；

根据所述地层取样深度、所述地层取样斜度以及所述存储单元(3)的长度得到存储单元(3)的数量；

根据所述存储单元(3)的数量选取存储单元(3)；

根据选取的所述存储单元(3)安装土壤取样装置；

通过撞击单元(1)使所述土壤取样装置进入地面进行取样；

卸掉撞击单元(1)上的加重件，上提所述土壤取样装置得到土壤样品。

10.根据权利要求9所述的土壤取样方法，其特征在于，所述根据所述地层取样深度、所述地层取样斜度以及所述存储单元(3)的长度得到存储单元(3)的数量，包括：

根据如下公式得到存储单元(3)的数量n：

其中，h为所述地层取样深度，S为所述地层取样斜度，l为所述存储单元(3)的长度。