CN110763507A - 一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，包括钻孔机头、取样电机、取样外管、安装在取样外管内的取样柱、控制器；所述取样外管包括上取样外管、下取样外管，所述内取样柱包括上取样柱和下取样柱，通过取样电机、控制器、取样柱、感应装置等结构的设计组合，可以预埋后延时对土壤进行取样，即定时收集土壤样品，这样研究人员前往采样区采样时，可预先设定下一次采样时间，可以节省一半的工作量，特别适合短时修复效率高的修复药剂使用。

Description

一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置

技术领域

本发明涉及土壤分采样装置技术领域，具体涉及一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置。

背景技术

随着农药化肥的使用和环境污染的加剧，污染土壤的面积剧烈增加，随之而来的是土壤修复问题。在考察土壤修复方法中，不可避免的需要对土壤样品进行连续的取样，以验证修复药剂或者生物修复的效果。当前，对于土壤取样比较通用和方便的方法是土钻法，但是其仍然存在以下缺点：(1)土钻法利用土壤钻机将采样筒垂直打入土壤，采样筒底部设置垂直的采样腔，这样，采样腔得到的土壤是垂直形态的，而且在取样过程中土壤必然被压缩、打乱，所以存在不同分层混杂的问题；(2)对于土壤修复过程中，通常需要在施用药剂后定时进行采集，而每次往返的采集大大增加了研究人员的工作量；(3)污染土壤本身对人体损害较大，频繁的在该环境下进行采集工作对研究人员的身体也存在一定伤害。

中国专利CN201721631472.2公开了了一种土壤采样装置及土壤采样系统，涉及土壤分析研究采样装置的技术领域。土壤采样装置包括驱动机构、采样筒和采集组件；驱动机构与采样筒的顶部连接，能够驱动采样筒旋转，并将土壤收集在采样筒内；采集组件设置于采样筒内，且采集组件与采样筒的顶部连接；采集组件能够对进入采样筒的土壤内的物质进行采集；采样筒采用可拆分结构；土壤采样系统包括土壤采样装置和支撑架，支撑架上设置有能够穿过采样筒的限位孔；缓解了现有技术中的土钻不能够吸附土壤样品中的成分，以及现有土钻采用整体结构破坏土壤样品性质、分层而影响分析结果的问题，以及土壤采样装置进入土壤过程中出现倾斜的问题，但是在使用中，采样筒的旋转对土壤的扰动更加剧烈，实际得到的样本仍然存在混杂问题，而且无法提高收集效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，可以低扰动的实现水平方向的土壤取样，并且能够通过设定时间进行延时取样，减轻研究人员的工作量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，包括钻孔机头、取样电机、取样外管、安装在取样外管内的取样柱和控制器；

说明：所述钻孔机头可采用市售机头，如DORMER、Rhino等公司生产的单人便携式的取样机头等，主要用于将取样外管下放至目的土壤深度，所述取样电机采用现有技术里能够输出旋转动力的普通电机；所取样外管采用不锈钢等硬质材料，且外侧设置刻度线方便使用者或者插入深度，所述取样外管内部可设置一些辅助定位件，如滑槽、卡槽等，保证取样柱仅能垂直运动；

所述取样外管包括上取样外管、下取样外管，所述内取样柱包括上取样柱和下取样柱；

所述上取样柱活动套装在上取样外管内，所述上取样柱包括上传动机构和上柱体，所述上柱体的长度和上取样外管的长度相同，所述上传动机构包括固定部和安装在固定部下端的第一齿轮齿条副，所述第一齿轮齿条副上还设有一能够获取齿轮相对于齿条位置的感应装置；所述第一齿轮齿条副中的齿轮能够固定安装在取样电机上；

所述下取样柱活动套装在下取样外管中，所述下取样外管包括下管体a和下管体b，所述下取样柱包括下柱体、设置在下柱体下端的下传动机构和取样件，所述下管体a、下管体b的长度分别与下柱体、下传动机构的长度相同，所述第一齿轮齿条副和第二齿轮齿条副的长度相同；

说明：电机输出的旋转动力带动第一齿轮齿条副中的齿轮转动，从而齿条向上或向下运动，进而上取样柱和与之首尾连接的下取样柱向上/向下运动；

所述取样件包括左右结构相同的两部分，任一部分结构如下：包括取样套筒、传动芯、套接在传动芯上的固定环，所述传动芯与第二齿轮齿条副中的齿轮固定连接，所述传动芯通过固定环被限制在下管体b的特定高度上，所述取样套筒通过螺纹套接在传动芯外侧，且当传动芯转动时，所述取样套管会左右移动；所述取样套筒为一具有空腔的圆环柱体，其空腔为采样腔，所述采样腔的外端呈开放状态；所述下管体b相对于套筒外端的一面设有开口，当套筒左右移动时，能够穿过开口伸出下管体b；

说明：当下取样柱向上/向下运动时，由于第二齿轮齿条副中的齿轮被固定环固定在了绝对高度上，所以随着齿条的上升/下降产生旋转运动，从而带动传动芯旋转，取样套筒向左/向右移动，可伸出开口从而进行采样。

所述上取样外管顶部具有安装端a，通过安装端a能够安装在所述钻孔机头的下部；

所述上取样外管、下取样外管能够首尾连接在一起，所述上取样柱和下取样柱能够首尾连接在一起，所述取样电机、感应装置均电性连接控制器。

说明：控制器中采用工业PLC编程，能够延时开启，实现采用操作。

优选地，所述上取样外管尾部具有安装端b；所述下管体a顶部具有安装端B，安装端B与安装端b相配合能够使上取样管与下取样外管固定连接；

所述上柱体尾部具有安装端c，所述下柱体的顶部具有安装端C，安装端c和安装端C相配合能够使上取样柱和下取样柱固定连接。

优选地，还包括多个延长外管和延长取样柱，所述延长外管和延长取样柱的数量、长度均相同，所述延长外管的顶端和尾端分别设第二安装端B、第二安装端b，所述延长取样柱的顶端和尾端分别设第二安装端C、第二安装端c，所述第二安装端B、第二安装端b、第二安装端C、第二安装端c分别与安装端B、安装端b、安装端C、安装端c规格相同,以上安装端可通过螺纹连接、榫卯连接，必要时可加紧固件。

说明：延长外管和延长取样柱均是针对一些取样深度较深的地方设置的备用件，主要起到传递动能的作用。

优选地，所述取样套筒的长度与传动芯的长度相同，所述取样套筒与传动芯呈现最大程度的重叠时，取样套筒的外端仍处于开口的内部。

说明：这样的设计下，能够使采样腔的容积最大化，保证样本量。

优选地，所述取样套筒的外端设置为斜切口，使其具有一尖端。

说明，这样使得取样套筒在水平移动时更易插入土壤，获得土壤样本。

优选地，所述感应装置为设置在固定部底端的激光测距传感器，其激光出设孔设置在第一齿轮齿条副中齿轮的最高点的正上方。

说明，激光测距传感器体积小，能够实时获得第一齿轮齿条副中齿轮的位置，避免齿轮到达齿条的顶部、底部后，采样电机持续输出动能导致齿轮磨。

优选地，所述控制器搭载延时模块。

说明，延时模块采用市售，如松下、西门子等成熟的PLC延时/定时模块，也可自编程进行设计。

优选地，所述下管体b的外部设置带状螺旋形式的叶片。

说明，叶片使下管体b更易钻入土壤，同时经叶片的扰动，开口周边的土壤更加松软，更易被采集。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)通过取样电机、控制器、取样柱、感应装置等结构的设计组合，可以预埋后延时对土壤进行取样，即定时收集土壤样品，这样研究人员前往采样区采样时，可预先设定下一次采样时间，可以节省一半的工作量，特别适合短时修复效率高的修复药剂使用；

(2)通过可以水平运动的采集套筒，实现水平土壤样品的提取，而且经过延时后，土壤扰动小，其土壤的混杂性小，所提取的土壤样本更加均一和单纯；

(3)通过延长外管和延长取样柱的设置，可以自行组合满足不同深度要求下土壤样品的灵活提取。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的局部图；

图3为本发明实施例2延长采样管和延长外管的示意图；

图4为本发明实施例3取样件的示意图；

图5为本发明实施例4下采样管的示意图；

图中，1-钻孔机头、2-取样电机、3-取样外管、31-上取样外管、311-安装端a、312-安装端b、32-下取样外管、321-下管体a、3211-安装端B、322-下管体b、3221-开口、3222-叶片、4-取样柱、41-取样柱、411-上传动机构、4111-固定部、4112-第一齿轮齿条副、4113-感应装置、412-上柱体、4121-安装端c、42-下取样柱、421-下柱体、4211-安装端C、422-下传动机构、4221-第二齿轮齿条副、423-取样件、4231-取样套筒、4231a-采样腔、4231b-尖端、4232-传动芯、5-延长外管、51-第二安装端B、52-第二安装端b、6-延长取样柱、61-第二安装端C、62-第二安装端c。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1：

请参见图1-图2，一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，包括钻孔机头1、取样电机2、取样外管3、安装在取样外管3内的取样柱4和控制器7；所述取样外管3的最大插入深度设计为1.2m，是常规农作物耕作层的土壤深度，可以满足针对农作物土壤修复过程中的取样，所述控制器7搭载延时模块，可以在设定的时间点上开启采样。

所述钻孔机头1可采用市售机头，DORME单人便携式取样机头，主要用于将取样外管3下放至目的土壤深度，所述取样电机2采用现有技术里能够输出旋转动力的普通电机；所取样外管31采用不锈钢等硬质材料，且外侧设置刻度线方便使用者或者插入深度，所述取样外管31内部可设置一些辅助的定位卡槽等，保证取样柱4仅能垂直运动。

所述取样外管31包括上取样外管31、下取样外管32，所述内取样柱4包括上取样柱41和下取样柱42；

请参见图2，所述上取样柱41活动套装在上取样外管31内，所述上取样柱41包括上传动机构411和上柱体412，所述上柱体412的长度和上取样外管31的长度相同，所述上传动机构411包括固定部4111和安装在固定部4111下端的第一齿轮齿条副4112，所述第一齿轮齿条副4112上还设有一能够获取齿轮相对于齿条位置的感应装置4113；所述第一齿轮齿条副4112中的齿轮能够固定安装在取样电机2上；

所述下取样柱42活动套装在下取样外管32中，所述下取样外管32包括下管体a321和下管体b322，所述下取样柱42包括下柱体421、设置在下柱体421下端的下传动机构422和取样件423，所述下管体a321、下管体b322的长度分别与下柱体421、下传动机构422的长度相同，所述第一齿轮齿条副4112和第二齿轮齿条副4221的长度相同；

所述取样件423包括左右结构相同的两部分，任一部分结构如下：包括取样套筒4231、传动芯4232、套接在传动芯4232上的固定环4233，所述传动芯4232与第二齿轮齿条副42212中的齿轮采用一体成型，所述传动芯4232通过固定环4233被限制在下管体b322的特定高度上，所述取样套筒4231通过螺纹套接在传动芯4232外侧，且当传动芯4232转动时，所述取样套管4231会左右移动，所述取样套筒4231的长度与传动芯4232的长度相同，所述取样套筒4231与传动芯4232呈现最大程度的重叠时，取样套筒4231的外端仍处于开口3221的内部，以便使采样腔4231a的容积最大化，保证样本量。

所述取样套筒4231为一具有空腔的圆环柱体，其空腔为采样腔4231a，所述采样腔4231a的外端呈开放状态；所述下管体b322相对于套筒4231外端的一面设有开口3221，当套筒4231左右移动时，能够穿过开口3221伸出下管体b322；

所述上取样外管31顶部具有安装端a311，通过安装端a311能够安装在所述钻孔机头1的下部；

所述上取样外管31、下取样外管32能够首尾连接在一起，所述上取样柱41和下取样柱42能够首尾连接在一起，所述取样电机2、感应装置4113均电性连接控制器7，控制器7中采用工业PLC编程，能够延时开启，实现采用操作。

所述感应装置4113为设置在固定部4111底端的激光测距传感器，其激光出设孔设置在第一齿轮齿条副4112中齿轮的最高点的正上方，激光测距传感器体积小，能够实时获得第一齿轮齿条副4112中齿轮的位置，避免齿轮到达齿条的顶部、底部后，采样电机2持续输出动能导致齿轮磨。

使用方法：

在目的土壤地，首先将下取样柱42置于下取样外管32的内部，并通过定位卡槽进行辅助固定，利用钻孔机头1将下取样外管32打入土壤；然后将上取样管31、上采用柱41分别进行安装，然后利用钻孔机头1继续将取样管3打入需要土壤深度，然后取下钻孔机头1；

将采样电机2与第一齿条齿轮副4112中的齿轮进行固定，通电必要时可设置蓄电池供电，通过控制器7上设置延时开启的时间即可。

当到达设定的时间时，控制器7开启电机2和感应装置4113，电机2输出的旋转动力带动第一齿轮齿条副4112中的齿轮转动，从而齿条向下运动，进而上取样柱41和与之首尾连接的下取样柱42向下运动；

当下取样柱42向下运动时，由于第二齿轮齿条副4232中的齿轮被固定环4233固定在了绝对高度上，所以随着齿条的下降产生旋转运动，从而带动传动芯4232旋转，取样套筒4231向外移动，可伸出开口3221从而进行采样；第一齿轮齿条副4112中的齿轮到达齿条的顶端时，感应装置4113反馈给控制器7从而停止电机2，防止齿轮磨损。

在收取样本时，依次拆除取样外管3和取样柱4，将样本从采样腔4231a中倒出即可。

实施例2：

请参见图1-3，针对一些特别环境下或一些有额外要求的实验环境中，需要对更深的土壤进行检测；所以额外配备3组延长外管5和延长取样柱6，每组延长外管5和延长取样柱6的深度均为0.8m，延长外管5和延长取样柱6，主要起到传递动能的作用。

本实施例与实施例1的其他结构相同，还具有以下结构：上取样外管31尾部具有安装端b312；所述下管体a321顶部具有安装端B3211，安装端B3211与安装端b312相配合能够使上取样管31与下取样外管32固定连接；所述上柱体412尾部具有安装端c4121，所述下柱体421的顶部具有安装端C4211，安装端c4121和安装端C4211相配合能够使上取样柱41和下取样柱42固定连接。

延长外管5的顶端和尾端分别设第二安装端B51、第二安装端b52，所述延长取样柱6的顶端和尾端分别设第二安装端C61、第二安装端c62，所述第二安装端B51、第二安装端b52、第二安装端C61、第二安装端c62分别与安装端B3211、安装端b312、安装端C4211、安装端c4121规格相同，以上安装端均通过螺纹形式进行连接。

实施例3：

请参见图1、图2、图4，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述取样套筒4231的外端设置为斜切口，使其具有一尖端4231b；这样使得取样套筒4231在水平移动时更易插入土壤，获得土壤样本，但是这样的结构下采样腔4231a的容积会有一定损失，在一些高板结度、小样本的土壤取样中采用。

实施例4：

请参见图1、图2、图5，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述下管体b322的外部设置带状螺旋形式的叶片3222，叶片3222使下管体b322更易钻入土壤，同时经叶片3222的扰动，开口3221周边的土壤更加松软，更易被采集。

Claims (8)

1.一种用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特装在于：包括钻孔机头(1)、取样电机(2)、取样外管(3)、安装在取样外管(3)内的取样柱(4)、控制器(7)；所述取样外管(31)包括上取样外管(31)、下取样外管(32)，所述内取样柱(4)包括上取样柱(41)和下取样柱(42)；

所述上取样柱(41)活动套装在上取样外管(31)内，所述上取样柱(41)包括上传动机构(411)和上柱体(412)，所述上柱体(412)的长度和上取样外管(31)的长度相同，所述上传动机构(411)包括固定部(4111)和安装在固定部(4111)下端的第一齿轮齿条副(4112)，所述第一齿轮齿条副(4112)上还设有一能够获取齿轮相对于齿条位置的感应装置(4113)；所述第一齿轮齿条副(4112)中的齿轮能够固定安装在取样电机(2)上；

所述下取样柱(42)活动套装在下取样外管(32)中，所述下取样外管(32)包括下管体a(321)和下管体b(322)，所述下取样柱(42)包括下柱体(421)、设置在下柱体(421)下端的下传动机构(422)和取样件(423)，所述下管体a(321)、下管体b(322)的长度分别与下柱体(421)、下传动机构(422)的长度相同，所述第一齿轮齿条副(4112)和第二齿轮齿条副(4221)的长度相同；所述取样件(423)包括左右结构相同的两部分，任一部分结构如下：包括取样套筒(4231)、传动芯(4232)、套接在传动芯(4232)上的固定环(4233)，所述传动芯(4232)与第二齿轮齿条副(42212)中的齿轮固定连接，所述传动芯(4232)通过固定环(4233)被限制在下管体b(322)的特定高度上，所述取样套筒(4231)通过螺纹套接在传动芯(4232)外侧，且当传动芯(4232)转动时，所述取样套管(4231)会左右移动；所述取样套筒(4231)为一具有空腔的圆环柱体，其空腔为采样腔(4231a)，所述采样腔(4231a)的外端呈开放状态；所述下管体b(322)相对于套筒(4231)外端的一面设有开口(3221)，当套筒(4231)左右移动时，能够穿过开口(3221)伸出下管体b(322)；

所述上取样外管(31)顶部具有安装端a(311)，通过安装端a(311)能够安装在所述钻孔机头(1)的下部；

所述上取样外管(31)、下取样外管(32)能够首尾连接在一起；所述上取样柱(41)和下取样柱(42)能够首尾连接在一起；

所述取样电机(2)、感应装置(4113)均电性连接控制器(7)。

2.根据权利要求1所述的用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特征在于：所述上取样外管(31)尾部具有安装端b(312)；所述下管体a(321)顶部具有安装端B(3211)，安装端B(3211)与安装端b(312)相配合能够使上取样管(31)与下取样外管(32)固定连接；

所述上柱体(412)尾部具有安装端c(4121)，所述下柱体(421)的顶部具有安装端C(4211)，安装端c(4121)和安装端C(4211)相配合能够使上取样柱(41)和下取样柱(42)固定连接。

3.根据权利要求2所述的用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特征在于：还包括多个延长外管(5)和延长取样柱(6)，所述延长外管(5)和延长取样柱(6)的数量、长度均相同，所述延长外管(5)的顶端和尾端分别设第二安装端B(51)、第二安装端b(52)，所述延长取样柱(6)的顶端和尾端分别设第二安装端C(61)、第二安装端c(62)，所述第二安装端B(51)、第二安装端b(52)、第二安装端C(61)、第二安装端c(62)分别与安装端B(3211)、安装端b(312)、安装端C(4211)、安装端c(4121)规格相同。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特征在于：所述取样套筒(4231)的长度与传动芯(4232)的长度相同，所述取样套筒(4231)与传动芯(4232)呈现最大程度的重叠时，取样套筒(4231)的外端仍处于开口(3221)的内部。

5.根据权利要求1所述的用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特征在于：所述取样套筒(4231)的外端设置为斜切口，使其具有一尖端(4231b)。

6.根据权利要求1所述的用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特征在于：所述感应装置(4113)为设置在固定部(4111)底端的激光测距传感器，其激光出设孔设置在第一齿轮齿条副(4112)中齿轮的最高点的正上方。

7.根据权利要求1所述的用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特征在于：所述控制器(7)搭载延时模块。

8.根据权利要求1所述的用于原位检测土壤修复药剂功效的延时取样装置，其特征在于：所述下管体b(322)的外部设置带状螺旋形式的叶片(3222)。

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