CN111504694B - 避光型深层土层或土壤取样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤取样技术领域，具体公开了避光型深层土层或土壤取样器，包括钻探平台，所述钻探平台包括动力头；所述采样单元包括中空的钻采杆和钻头，所述钻采杆与动力头连接，所述钻头包括连接环和若干呈圆形阵列分布在钻采杆下端面的钻采片，所述钻采片的下端向钻采杆的中心处倾斜，所述钻采片和钻采杆连接处的切向与钻采片之间的夹角为0‑60°，所述钻采片的外侧端向内翻折，所述连接环与所有钻采片的底部连接，所述钻头的转动方向沿钻采片的内侧端到外侧端的方向。本发明意在解决现有的钻头在钻进土壤时，将土壤向外挤压的问题。

Description

避光型深层土层或土壤取样器

技术领域

本发明涉及土壤取样技术领域，具体公开了一种避光型深层土层或土壤取样器。

背景技术

在地质、农牧业、微生物等领域，土层或土壤是十分重要的研究对象，土层或土壤取样是相关研究人员必不可少的基础工作。

在地质研究领域，针对一些土层地质年代的限定需要采取特定的测年手段(如光释光、热释光等测)，这些测年手段往往需要对土层采样有较高的避光要求，否则将严重影响地质年代的准确性。在土壤研究领域，现代工业高速成长，土壤污染物的种类和数量也越来越多，随着我国对环境保护的愈发重视，对土壤监测的条件也越来越严苛。随着科技进步，我国的相关领域中发现，土壤中有一部分污染物属于光解污染物，例如一些光敏细菌，从土壤取样、运输到检测，这类光敏污染物遇光迅速分解，导致在实验室中检测不到这些污染物，与实际情况大不相符。

由于我国在土层或土壤样品检测技术方面的不足，一些土层或土壤需要运输到美国等其他国家的实验室进行高精度检测，运输时间更长、且储存要求很高，需要避光、恒温、恒湿度条件下进行储存，如果取样时避光达不到要求，则会严重影响检测结果。现有的避光手段是，将土层或土壤取出，手动取出中间段10-20cm左右的土层或土壤，然后将土层或土壤立即装入黑色袋中避光，但由于土层中的矿物颗粒光晒退、信号归零极快，土壤中光解污染物遇光后分解极快，所以该避光手段效果极其有限，而现有的土壤、土层取样器和取样手段中并不具有避光的功能，现在亟需一种能够有效避光并且便于转移储存的土层或土壤取样器。

土层或土壤取样还分为深层取样和浅层取样，其中浅层土层或土壤取样难度低，只需人工手动操作即可；深层土层或土壤取样需要将取样器插入地面几米、十几米深，取样难度较高，现有的深层取样器都是依附在钻探平台上，先利用钻头来钻进，然后进行取样，但是钻头会将土壤向外侧挤压，导致取样器中土壤较少，取样效果差。

发明内容

本发明意在提供一种避光型深层土层或土壤取样器，以解决现有的钻头在钻进土层或土壤时，将土层或土壤向外挤压的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：

避光型深层土层或土壤取样器，其特征在于：包括钻探平台，所述钻探平台包括动力头；所述采样单元包括中空的钻采杆和钻头，所述钻采杆与动力头连接，所述钻头包括连接环和若干呈圆形阵列分布在钻采杆下端面的钻采片，所述钻采片的下端向钻采杆的中心处倾斜，所述钻采片和钻采杆连接处的切向与钻采片之间的夹角为0-60°，所述钻采片的外侧端向内翻折，所述连接环与所有钻采片的底部连接，所述钻头的转动方向沿钻采片的内侧端到外侧端的方向。

可选地，所述钻采杆包括从上到下依次连接的顶杆、若干中间杆和底杆，所述顶杆与动力头连接，钻采杆的中部设有采样管，所述采样管的两端分别与相邻的中间杆连接，所述钻采片设置在底杆的下端。

可选地，所述顶杆的下端、中间杆的下端和采样管的下端均一体成型有第一连接头，所述第一连接头呈圆筒状，第一连接头的周向设有若干第一螺孔，所述采样管的上端、中间杆的上端和底杆的上端周向均设有若干螺纹块和第二螺孔，所述螺纹块位于采样管、中间杆或底杆的内壁上，所述第二螺孔从采样管、中间杆或底杆的外壁延伸到螺纹块内部，第二螺孔能够与第一螺孔对齐。

可选地，所述采样单元还包括黑色且具有弹性的橡胶袋，橡胶袋上下两端均开口，橡胶袋的上下两端均设有两排穿孔；橡胶袋套在采样管内，橡胶袋的上端向外翻并包裹相邻的中间杆的第一连接头，橡胶袋上端的两排穿孔分别位于相邻中间杆的第一螺孔的两侧，橡胶袋的下端向外翻并包裹采样管的第一连接头，橡胶袋下端的两排穿孔分别位于采样管的第一螺孔的两侧。

可选地，橡胶袋的上下两端均为束口状。

可选地，所述底座包括第一支撑板、第二支撑板和若干支撑架，所述支撑架设置在第一支撑板和第二支撑板之间，第一支撑板和第二支撑板上下平行；所述底座上固定设有第一封装筒和第二封装筒，所述第一封装筒和第二封装筒上下布置且同心，第一封装筒和第二封装筒之间留有间距。

可选地，所述中间杆的长度为0.5-1m。

可选地，所述第二封装筒的底部与第二支撑板的上端面间距为0.9-1.6m。

可选地，所述第一封装筒和第二封装筒之间的间距为1-3cm。

本方案的工作原理及有益效果在于：

1、本方案中的取样器用于安装在钻探平台上，通过与钻探平台的动力头连接来进行土层或土壤取样，且只需要钻探平台上设有平台本体以供安装即可，适用范围广。

2、本方案中的钻头向外倾斜且向内翻折，钻头转动时，钻采片能将土层或土壤向内聚拢，钻采杆向下移动时就能够将土样装入，使钻采杆内填满土样。同时，钻采片的下端向内倾斜，所以钻头整体呈锥形，钻入土层或土壤时能够有效地松动土质，便于钻采杆向下进给。

3、本方案中的钻采杆具有若干中间杆，可以通过增加中间杆的方式来增加取样深度，能够满足多种深度的取样；同时，由于第二封装筒与第二支撑板之间的间距大于中间杆的长度，所以使用者能够在第二封装筒与第二支撑板之间进行增加中间杆的操作，方便快捷。

4、本方案中设置有橡胶袋，橡胶袋能够容纳土样，采样完成后，将采样管和中间杆拆下，但是保证橡胶袋还套在相邻的中间杆上，然后将橡胶袋的上端和下端分别移动到第一封装筒和第二封装筒之间，使用绳子捆紧橡胶袋，整个过程中，橡胶袋内的土层或土壤基本没有与阳光接触，避光效果十分好。

附图说明

图1为实施例的结构示意图；

图2为图1中B处的放大图；

图3为图1中A处的放大图；

图4为钻采杆的部分结构剖视图；

图5为橡胶袋自然状态下的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：第一支撑板1、第二支撑板2、平台本体3、支撑架4、第一封装筒5、第二封装筒6、支架7、动力头8、顶杆10、中间杆11、采样管12、底杆13、钻头14、机架15、钻采片17、连接环18、第一螺孔19、第二螺孔20、第一连接头21、穿孔22、橡胶袋23、螺纹块24。

实施例

本实施例基本如图1-图3所示：

避光型深层土层或土壤取样器，包括钻探平台、安装座和采样单元。

钻探平台包括平台本体3、动力头8、机架15、立架、钻探杆、钻探头等结构，采用现有技术中的钻探平台，钻探平台的技术已经十分纯熟，故其具体结构不再赘述。安装座包括第一支撑板1、第二支撑板2和若干支撑架4。第一支撑板1位于第二支撑板2的上方，且两者平行。支撑架4设置在第一支撑板1和第二支撑板2之间，支撑架4的两端分别与第一支撑板1和第二支撑板2固定连接。安装座上还设有第一封装筒5和第二封装筒6，第一封装筒5和第二封装筒6均通过支架7固定设置在支撑架4上，第一封装筒5位于第二封装筒6的上方且同心，第一封装筒5和第二封装筒6之间留有2cm间距。第二封装筒6的底部与第二支撑板2的上端面间距为1.3m。安装座上的第二支撑板2能够通过螺栓固定在钻探平台的平台本体3上。

采样单元包括中空的钻采杆和钻头14，钻采杆包括从上到下依次连接的顶杆10、若干中间杆11和底杆13。中间杆11的长度为0.8m。顶杆10的顶部通过螺钉或螺栓与动力头8的输出端固定同心连接，顶杆10插入到第一封装筒5和第二封装筒6中。结合图4，钻采杆的中部设有采样管12，采样管12与相邻的中间杆11连接，顶杆10、中间杆11、采样管12和底杆13均呈中空的管状。钻采杆的组装方式为：顶杆10的下端、中间杆11的下端和采样管12的下端均一体成型有第一连接头21，第一连接头21呈圆筒状，第一连接头21的周向设有若干第一螺孔19。采样管12的上端、中间杆11的上端和底杆13的上端周向均一体成型有若干螺纹块24和第二螺孔20，螺纹块24位于采样管12、中间杆11或底杆13的内壁上，第二螺孔20从采样管12、中间杆11或底杆13的外壁延伸到螺纹块24内部，第二螺孔20能够与第一螺孔19对齐，第一螺孔19和第二螺孔20中拧入有螺钉或螺栓。底杆13的底部固定设有钻头14，钻头14包括连接环18和若干呈圆形阵列分布在钻采杆下端面的钻采片17，钻采片17的下端向钻采杆的中心处倾斜，钻采片17和底杆13连接处的切向与钻采片17之间的夹角为30°，钻采片17的外侧端向内翻折，连接环18与所有钻采片17的底部固定连接。钻头14的转动方向沿钻采片17的内侧端到外侧端的方向。

结合图5，采样单元还包括黑色且具有弹性的橡胶袋23，橡胶袋23上下两端均开口且为束口状。橡胶袋23的上下两端均设有两排穿孔22。橡胶袋23套在采样管12内，橡胶袋23的上端向外翻并形成“几”字形包裹相邻的中间杆11的第一连接头21，橡胶袋23上端的两排穿孔22分别位于相邻中间杆11的第一螺孔19的两侧，橡胶袋23的下端向外翻并形成“几”字形包裹采样管12的第一连接头21，橡胶袋23下端的两排穿孔22分别位于采样管12的第一螺孔19的两侧，螺栓穿过橡胶袋23的穿孔22和采样管12的第一螺孔19拧入到下方中间杆11的螺纹块24的第二螺孔20中，以此将橡胶袋23、采样管12和下方的中间杆11固定。

具体实施过程如下：

先采用钻探平台的钻探杆和钻探头进行钻孔施工，例如，需取样30米深的土壤时，使用钻探杆和钻探头钻进28-29米的距离，形成深层钻孔；然后再将从动力头8上拆除钻探杆和钻探头，并将安装座和采样单元安装到平台本体3上，以进行土壤取样。

根据采样深度选择足够的中间杆11，将一半的中间杆11设置在采样管12下方，另一半中间杆11设置在采样管12上方。将底杆13与最下方的中间杆11连接，连接方式为使用螺栓或螺钉穿入到底杆13的第二螺孔20和中间杆11下方的第一螺孔19中；然后将橡胶袋23套在采样管12内，再使用同样的方法把采样管12和中间杆11连接在一起；再在采样管12的上端连接另一根中间杆11，在该中间杆11的上端连接顶杆10，顶杆10通过螺栓或螺钉与动力头8的输出端连接。如果采样深度较深，则可以先安装多个中间杆11，然后中间杆11直接与顶杆10连接，先将中间杆11插入土壤中，然后再拆下顶杆10，在第二封装筒6和第二支撑板2之间的空间内安装采样管12、其余中间杆11，继续钻入土壤。最后启动动力头8和伸缩缸9，动力头8带动整个钻采杆转动，伸缩缸9带动动力头8和钻采杆向下移动。钻头14能够松动土壤，便于钻采杆向下进给，同时钻头14还能够将土壤向内聚集，土壤能够更容易进入到钻采杆内。取样完成后，动力头8带动钻采杆向上移动。将上方的中间杆11与采样管12的连接处移动到第一封装筒5和第二封装筒6之间的间隙中，再将两者拆下，但橡胶袋23仍然套在中间杆11上，保证避光使用绳子绑扎橡胶袋23的上端；绑扎完成后使用同样的方法绑扎橡胶袋23的下端，最后再将橡胶袋23取出即可。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。

Claims (4)

1.避光型深层土层或土壤取样器，其特征在于：包括钻探平台、安装座和采样单元，所述采样单元安装在钻探平台上，所述钻探平台包括动力头；所述采样单元包括中空的钻采杆和钻头，所述钻采杆与动力头连接，所述钻头包括连接环和若干呈圆形阵列分布在钻采杆下端面的钻采片，所述钻采片的下端向钻采杆的中心处倾斜，所述钻采片和钻采杆连接处的切向与钻采片之间的夹角为0-60°，所述钻采片的外侧端向内翻折，所述连接环与所有钻采片的底部连接，所述钻头的转动方向沿钻采片的内侧端到外侧端的方向；所述钻采杆包括从上到下依次连接的顶杆、若干中间杆和底杆，所述顶杆与动力头连接，钻采杆的中部设有采样管，所述采样管的两端分别与相邻的中间杆连接，所述钻采片设置在底杆的下端；所述顶杆的下端、中间杆的下端和采样管的下端均一体成型有第一连接头，所述第一连接头呈圆筒状，第一连接头的周向设有若干第一螺孔，所述采样管的上端、中间杆的上端和底杆的上端周向均设有若干螺纹块和第二螺孔，所述螺纹块位于采样管、中间杆或底杆的内壁上，所述第二螺孔从采样管、中间杆或底杆的外壁延伸到螺纹块内部，第二螺孔能够与第一螺孔对齐；所述采样单元还包括黑色且具有弹性的橡胶袋，橡胶袋上下两端均开口，橡胶袋的上下两端均设有两排穿孔；橡胶袋套在采样管内，橡胶袋的上端向外翻并包裹相邻的中间杆的第一连接头，橡胶袋上端的两排穿孔分别位于相邻中间杆的第一螺孔的两侧，橡胶袋的下端向外翻并包裹采样管的第一连接头，橡胶袋下端的两排穿孔分别位于采样管的第一螺孔的两侧；橡胶袋的上下两端均为束口状；所述安装座包括第一支撑板、第二支撑板和若干支撑架，所述支撑架设置在第一支撑板和第二支撑板之间，第一支撑板位于第二支撑板的上方且平行；所述安装座上固定设有第一封装筒和第二封装筒，所述第一封装筒位于第二封装筒的上方且同心，第一封装筒和第二封装筒之间留有间距。

2.根据权利要求1所述的避光型深层土层或土壤取样器，其特征在于：所述中间杆的长度为0.5-1m。

3.根据权利要求2所述的避光型深层土层或土壤取样器，其特征在于：所述第二封装筒的底部与第二支撑板的上端面间距为0.9-1.6m。

4.根据权利要求3所述的避光型深层土层或土壤取样器，其特征在于：所述第一封装筒和第二封装筒之间的间距为1-3cm。

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