CN111855336A - 一种全自动土壤样品制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤样品制备技术领域，特别涉及一种土壤样品制备系统。一种全自动土壤样品制备系统，它包括：粉碎研磨机构、筛分机构、装样机构、机械手以及清洁组件；其中：粉碎研磨机构用于对土壤样品进行研磨；筛分机构用于对研磨后的土壤样品进行过筛；装样机构用于对过筛后的土壤样品进行四分法装样；机械手用于对土壤样品进行转移；清洁组件用于对盛放土壤样品的容器进行清洁。本发明实现了土样制备过程的自动化，有效避免样品交叉污染改善了制样环境，降低劳动强度，提高了制样效率；本发明流程操作具有合规的一致性，实现了土样制备的全流程自动化。

Description

一种全自动土壤样品制备系统

技术领域

本发明涉及土壤样品制备技术领域，特别涉及一种土壤样品制备系统。

背景技术

土壤样品制备，是指土壤样品从田间采集后经历混匀、干燥、磨细和过筛的过程。如图1所示，传统土样制备流程包括：取样、去除土壤中混杂的砖块、石灰结核、根茎动植物残体等异物、风干、粗磨、细磨、称重装瓶等步骤。采用纯人工的方式对土壤样品进行制备，存在样品处理周期长、样品积存量大、制样效率较低、样品容易交叉污染等缺点。目前，市场上推出的一些针对土壤制样的装置，以期提高制样效率。土壤制样的装置从功能上主要分为研磨装置和筛分装置，研磨装置主流是采用球磨技术，如行星球磨机，用以替代手工操作的“研钵”；筛分装置可以添加多层土壤筛，靠电动振荡自动实现研磨后的土壤样品过筛，用于替代“手工筛土”，降低劳动强度和粉尘。研磨装置与筛分装置，虽然实现了土壤制样的仪器化，提高了效率降低了劳动强度和粉尘，但仍存在以下缺点：(1)研磨装置虽然可以同时完成多达4个样品的研磨，而筛分装置每次只能完成单个样品的过筛，制样效率受限于筛分装置，并不能实现真正高效；(2)有些实验室为了配合研磨装置的效率，设置多台筛分装置，但这样不仅增加成本又会大幅占用本就紧张的实验台空间；(3)筛分装置的操作也不够简便，需每次仔细安装多个土壤筛并密封，后续清洁费时费力，影响效率，因此很多实验室都更喜欢沿用“人工筛土”的做法，配合自动研磨装置完成土壤制样工作。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种全自动土壤样品制备系统。

本发明的技术方案是：一种全自动土壤样品制备系统，它包括：粉碎研磨机构、筛分机构、装样机构、机械手以及清洁组件；

粉碎研磨机构用于对土壤样品进行研磨；

筛分机构用于对研磨后的土壤样品进行过筛；

装样机构用于对过筛后的土壤样品进行四分法装样；

机械手用于对土壤样品进行转移；

清洁组件用于对盛放土壤样品的容器进行清洁。

系统制备时，土壤样品通过机械手依次通过粉碎研磨机构、筛分机构、装样机构，实现土壤样品的粉碎研磨、筛分及装样的过程；装样完成后，利用清洁组件对盛放土壤样品的容器进行清洁。

进一步的，在上述方案的基础上，该系统还可包括：干燥加热机构、称重机构、激光粒度分析机构、X射线荧光光谱仪中的任一设备或任意设备的组合；其中：

干燥加热机构用于在进行粉碎研磨的过程之前对土壤样品进行干燥处理，干燥处理后的土壤样品通过机械手送至粉碎研磨机构；

称重机构安装在筛分机构的下方，用于对过筛后的土壤样品进行称重；

激光粒度分析机构用于在筛分或筛分称重至装样的过程中，对土壤样品的粒度以及粒型分布进行监测；

X射线荧光光谱仪用于在装样过程之前，对土壤样品进行元素分析，能得出每个样品的元素含量。

上述方案中，具体的：干燥加热机构包括：干燥筒以及辐射加热装置；干燥筒为采用透光材质的密闭筒体，工作时，干燥筒自身旋转且内部为负压状态，辐射加热装置对干燥筒内的土壤样品进行加热。

粉碎研磨机构包括：能够上下翻转的研磨缸、安装在研磨缸内的切割研磨头、用于驱动研磨头的变频电机、能够自动开启/封闭研磨缸的盖板；通过调整切割研磨头的研磨时间、研磨速度以及不同刀片的选取，可得到不同目数的土壤样品。

装样机构包括：能够前后移动的四分漏斗、安装在旋转支架上的一个以上的装样容器；四分漏斗内部分为等份的四个扇形区域，其中一组对角的扇形区域底部开放，另一组对角的扇形区域底部封闭；旋转支架能够上下转动；装样时，装样容器正对四分漏斗的底部。

机械手具有左右、上下以及旋转三个方向的自由度，能够实现对土壤样品转运容器的夹持、移动以及倾倒。

清洁组件包括：上清洁毛刷、下清洁毛刷以及清洁支架；清洁支架具有横向移动的自由度；上清洁毛刷与下清洁毛刷分别安装在清洁支架的上方、下方，并具有纵向移动的自由度；清洁组件能够以任意角度安装在系统内。

有益效果：本发明实现了土样制备过程的自动化，有效避免样品交叉污染改善了制样环境，降低劳动强度，提高了制样效率；本发明流程操作具有合规的一致性，实现了土样制备的全流程自动化。

附图说明

图1为背景技术中所述的传统土样制备流程示意图；

图2为实施例1中本发明的结构示意图；

图3为实施例2中粉碎研磨机构的结构示意图；

图4为实施例2中筛分机构的结构示意图；

图5为实施例2中装样机构的结构示意图；

图6为实施例2中机械手的结构示意图；

图7为实施例2中清洁组件的结构示意图；

图8为实施例2中干燥加热机构的结构示意图；

图9为实施例2中称重机构的结构示意图；

其中：1-粉碎研磨机构、11-研磨缸、12-切割研磨头、13-变频电机、14-盖板、2-筛分机构、3-装样机构、31-四分漏斗、32-装样容器、33-旋转支架、4-机械手、5-清洁组件、51-上清洁毛刷、52-下清洁毛刷、53-清洁支架、6-干燥加热机构、61-干燥筒、62-干燥加热机构、7-称重机构、8-激光粒度分析机构、9-X射线荧光光谱仪。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：参见附图2，一种全自动土壤样品制备系统，它包括：粉碎研磨机构1、筛分机构2、装样机构3、机械手4、清洁组件5，另外，系统可选择性的扩展配置干燥加热机构6、称重机构7、激光粒度分析机构8以及X射线荧光光谱仪9；

干燥加热机构6用于对土壤样品进行干燥处理；

粉碎研磨机构1用于对干燥处理后的土壤样品进行研磨；

筛分机构2用于对研磨后的土壤样品进行过筛；

称重机构7用于对筛分过筛后的土壤样品进行称重；

装样机构3用于对筛分过筛后土壤样品进行四分法装样；

机械手4用于对土壤样品进行转移；

清洁组件5用于对盛放土壤样品的容器进行清洁；

激光粒度分析机构8用于在筛分或筛分称重至装样的过程中，对土壤样品的粒度以及粒型分布进行监测，进一步提升样品制备智能化水平；

X射线荧光光谱仪9用于在装样过程之前，对土壤样品进行元素分析，能得出每个样品的元素含量，使得该系统功能进一步扩展到土壤样品自动制备、自动分析一体化，具备分析流水线特征，形成“土壤环境监测智能实验室”功能。

实施例2，在实施例1的基础上，对粉碎研磨机构1、筛分机构2、装样机构3、机械手4、清洁组件5、干燥加热机构6、称重机构7的具体结构做出限定：

参见附图8，干燥加热机构6包括：干燥筒61以及辐射加热装置62；烘干时，干燥筒61自身旋转且内部为负压状态，能够加快水分蒸发提升干燥速度；同时辐射加热装置62能够消除因负压导致筒内气体体积膨胀时吸收热量而导致样品温度的急速降低，将干燥筒61内的样品维持在正常室温与土壤样品制备相关温度上限要求的合理区间，确保样品干燥效率；本例中，干燥筒61的材质采用石英或高硼硅，辐射加热装置62为能够产生红外光光波的加热棒。进一步的，为便于在干燥过程中实时监测干燥筒内环境，在干燥筒61内设有湿度传感器、气压传感器以及温度传感器；同时，干燥筒61内壁可设有一个或多个格栅，在干燥筒61旋转过程中，利用格栅令土壤样品松散，从而提高干燥速度。

参见附图3，粉碎研磨机构1包括：能够上下翻转的研磨缸11、安装在研磨缸11内的切割研磨头12、用于驱动切割研磨头12的变频电机13、能够自动开启/封闭研磨缸11的盖板14；变频电机13驱动旋转切割研磨头12低速、中速及高速旋转可实现对团状、块状土壤样品的敲击、粉碎、研磨，在特定时间内完成大颗粒、中颗粒、小颗粒等不同粒度土壤样品制备；切割研磨头12超低速旋转还可实现对制成样品搅拌，使其混匀均质。研磨缸11及变频电机13整体安装在旋转结构上，研磨缸11可0°-360°任意角度旋转，自动完成对土壤样品的倾倒转移及缸体自清洁等功能。进行研磨时，首先利用机械手4将干燥后的土壤样品倒入研磨缸11中，盖板14下翻实现对研磨缸11的密封，然后启动变频电机13通过切割研磨头12对土壤样品进行研磨；研磨完成后，盖板14上翻，研磨缸11向下翻转将其研磨后的土壤样品倒出至研磨缸11下方的筛分机构2。

参见附图4，筛分机构2包括：振动台以及筛网；研磨后的土壤样品倒入筛网后，启动振动台，在振动台的振动作用下，土壤样品过筛至筛网下方的称重机构7；

参见附图9，称重机构7包括：称重台及接料斗；接料斗正对筛网的底部；称重台对进入接料斗内的土壤样品进行称重，若土壤样品重量不足，则重复进行研磨、筛分环节，直至称重满足要求；

参见附图5，装样机构3包括：能够前后移动的四分漏斗31、安装在旋转支架33上的一个以上的装样容器32；四分漏斗31内部分为等份的四个扇形区域，其中一组对角的扇形区域底部开放，另一组对角的扇形区域底部封闭；装样时，装样容器32正对四分漏斗31的底部；旋转支架33能够转动。利用机械手4将装有土壤样品的接料斗运送至四分漏斗31的上方，并倾倒至四分漏斗31的中心位置，在重力的作用下，土壤样品将大致均匀地分布在四个扇形区域内中，底部开放的扇形区域内的土壤样品物落入与四分漏斗31出口相对的装样容器32内，而底部封闭的扇形区域内的土壤样品物则保留在原地，实现土壤样品的四分法分选。未避免四分漏斗31影响机械手4移动，在不进行分装任务时，四分漏斗31向后收回，进行分装任务时，四分漏斗31向前伸出与装样容器32相对。装样容器32可在旋转支架33的转动作用下，调整其开口处与四分漏斗31间的相对角度。

参见附图6，机械手4具有左右、上下以及旋转三个方向的自由度，能够实现对土壤样品转运容器的夹持、移动以及倾倒。

参见附图7，清洁组件5包括：上清洁毛刷51、下清洁毛刷52以及清洁支架53；清洁支架53具有横向移动的自由度；上清洁毛刷51与下清洁毛刷52分别安装在清洁支架53的上方、下方，并具有纵向移动的自由度；清洁组件5能够以任意角度安装在所述系统内。清洁时，利用机械手4将待清洁的制样工具放置在清洁支架53，清洁支架53横向移动至上清洁毛刷51、下清洁毛刷52之间，上下调节上清洁毛刷51、下清洁毛刷52与制样工具之间的位置，然后行清理，清理过程中，通过调节上清洁毛刷51、下清洁毛刷52电机的转速，可以调节清理毛刷的张毛角度。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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)

1.一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，它包括：粉碎研磨机构(1)、筛分机构(2)、装样机构(3)、机械手(4)以及清洁组件(5)；

所述粉碎研磨机构(1)用于对土壤样品进行研磨；

所述筛分机构(2)用于对研磨后的土壤样品进行过筛；

所述装样机构(3)用于对过筛后的土壤样品进行四分法装样；

所述机械手(4)用于对土壤样品进行转移；

所述清洁组件(5)用于对盛放土壤样品的容器进行清洁。

2.如权利要求1所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述系统还包括：干燥加热机构(6)；所述干燥加热机构(6)用于对土壤样品进行干燥处理，干燥处理后的土壤样品通过所述机械手(4)送至所述粉碎研磨机构(1)。

3.如权利要求2所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述干燥加热机构(6)包括：干燥筒(61)以及辐射加热装置(62)；所述干燥筒(61)为采用透光材质的密闭筒体，工作时，所述干燥筒(61)自身旋转且内部为负压状态，所述辐射加热装置(62)对所述干燥筒(61)内的土壤样品进行加热。

4.如权利要求1所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述系统还包括：称重机构(7)；所述称重机构(7)安装在所述筛分机构(2)的下方，用于对过筛后的土壤样品进行称重。

5.如权利要求1所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述粉碎研磨机构(1)包括：能够上下翻转的研磨缸(11)、安装在所述研磨缸(11)内的切割研磨头(12)、用于驱动所述切割研磨头(12)的变频电机(13)、能够自动开启/封闭所述研磨缸(11)的盖板(14)。

6.如权利要求1所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述装样机构(3)包括：能够前后移动的四分漏斗(31)、安装在旋转支架(33)上的一个以上的装样容器(32)；所述四分漏斗(31)内部分为等份的四个扇形区域，其中一组对角的扇形区域底部开放，另一组对角的扇形区域底部封闭；所述旋转支架(33)能够转动；装样时，所述装样容器(32)正对所述四分漏斗(31)的底部。

7.如权利要求1所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述机械手(4)具有左右、上下以及旋转三个方向的自由度，能够实现对土壤样品转运容器的夹持、移动以及倾倒。

8.如权利要求1所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述清洁组件(5)包括：上清洁毛刷(51)、下清洁毛刷(52)以及清洁支架(53)；所述清洁支架(53)具有横向移动的自由度；所述上清洁毛刷(51)与所述下清洁毛刷(52)分别安装在所述清洁支架(53)的上方、下方，并具有纵向移动的自由度；所述清洁组件(5)以任意角度安装在所述系统内。

9.如权利要求1-8任一项所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述系统还包括：激光粒度分析机构(8)；所述激光粒度分析机构(8)用于监测土壤样品的粒度以及粒型分布。

10.如权利要求1-8任一项所述的一种全自动土壤样品制备系统，其特征在于，所述系统还包括：X射线荧光光谱仪(9)；所述X射线荧光光谱仪(9)用于检测土壤样品的元素含量。

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