CN112595544B - 一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置及采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置及采样方法，包括用于支撑的支架、用于采集土壤样品的采样桶以及用于收集土壤样品的转盘组，支架内设有用于带动采样桶低速转动的加重块，采样桶包括若干组自上而下连接的中空的采样容器，采样桶的顶部通过伸缩杆与用于带动采样桶高速转动的电机组连接，每组采样容器底部均设有与其内部连通且可拆卸的收集瓶，转盘组的转盘上周向均布设有若干用于使采样桶通过并放置收集瓶的放置孔。本发明的土壤采样装置结构合理，操作方便，结合采样方法能够实现不同深度的土壤样品分段采集，以此便于观察分析不同深度土壤样本中的重金属含量，得知重金属在铅锌矿区土壤中的渗透深度。

Description

一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置及采样方法

技术领域

本发明涉及土壤采样技术领域，具体是涉及一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置及采样方法。

背景技术

铅锌矿区是开采富含重金属铅、锌的矿产，广泛应用于冶金、化工和医药等领域。而在开采过程中易对周边土壤造成重金属污染，需要对被污染的土壤进行采样检验。目前，常用到的土壤采样器有很多种类，根据操作类型可分为手工操作类和机械操作类，手工操作类样式多，但大多只能采集浅层土壤，对于深层土壤需要耗费大量的人力；机械采土钻由马达带动，使钻头钻入一定深度的土壤，然后将土柱上提，放平观察，按需要切割样品，机械效率高，可节省人力，但不及手工钻灵活、轻便。

专利CN206945337U公开了一种土壤采集装置，包括采集主杆、固定手柄、采样限位板、土壤采样筒、采样筒盖、多个采样打洞齿、多条分隔板插槽、活动手柄、转动轴承、驱动电机、一对手柄安装架及多块分隔板，可用于土壤的采集，采集量大且能分块使用，便于后期检测等工作，能手动采集或电机辅助采集，省时省力，但不能进行分层采集且采集的连续性不高。

因此，需要提供一种针对重金属污染土壤的采集装置及采集方法，有针对性的采集不同层段的土壤样本且不会造成土壤物质分布大规模破坏，能够高效且连续的进行土壤采集。

发明内容

本发明针对上述存在的问题提供了一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置及采样方法。

本发明的技术方案是：

一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，包括用于支撑的支架、用于采集土壤样品的采样桶以及用于收集土壤样品的转盘组，

所述支架包括位于左右两侧的梯形框架以及连接两组所述梯形框架的顶板、底板，所述底板上表面一侧设有用于带动所述采样桶低速转动的加重块，所述加重块中心设有用于使所述采样桶通过的中心槽，所述中心槽内对称设有两组用于夹持采样桶的夹持部，加重块前后两侧的底板上各设有用于拉动加重块转动的第一皮带轮和用于拉动夹持部收紧的第二皮带轮，

所述采样桶包括若干组自上而下连接且内部中空的采样容器，采样桶依次贯穿所述中心槽和底板，采样桶的顶部设有伸缩杆，所述伸缩杆与位于顶板下表面用于带动采样桶高速转动的电机组连接，每组所述采样容器上部一侧均设有采样口，所述采样口处的采样容器外壁活动连接有弧形的采样铲，每组采样容器底部均设有与其内部连通且可拆卸的收集瓶，

所述转盘组包括若干组自上而下等间距设置的转盘，每个所述转盘通过一组用于控制转盘转动的转盘电机与连杆连接，所述连杆上端与顶板下表面连接，连杆下端依次贯穿每个转盘中心后与位于加重块一侧的底板上表面连接，转盘上周向均布设有若干用于使采样桶通过并放置收集瓶的放置孔。

进一步地，所述第一、第二皮带轮两端均设有通过电机驱动转动的转轮，两组所述转轮通过一根皮带连接，所述皮带上缠绕有钢丝绳，第一皮带轮上的钢丝绳另一端与加重块下部的绳槽缠绕连接，用于使加重块带动采样桶进行转动从而完成采样。

进一步地，所述夹持部包括滑动嵌设在所述中心槽内的夹块，所述夹块末端固定设有螺纹杆，所述螺纹杆与加重块内部的第一转轮中心螺纹滑动连接，所述第一转轮通过一组皮带与第二转轮同步转动连接，两组夹持部的第二转轮中心通过一组转动杆连接，第一转轮一侧设有与其同心转动的第一齿轮，所述第一齿轮下方设有与其啮合连接的第二齿轮，所述第二齿轮一侧设有缠绕钢丝绳的滚轮，所述钢丝绳延伸至加重块外部与所述第二皮带轮缠绕连接，其中第一皮带轮拉动加重块做逆时针转动进行采样桶的采样，第二皮带轮拉动钢丝绳从而使夹持部对采样桶进行夹持固定。

更进一步地，所述加重块与所述钢丝绳的连接处设有用于锁紧钢丝绳的液压推板，所述液压推板顶部设有第一控制器，所述第一控制器与位于所述夹块内表面的第一压力传感器电性连接，所述液压推板上方的加重块上部设有用于缠绕钢丝绳的绳槽，使两组皮带轮带动与其对应的钢丝绳运动时不会发生相互干扰，且能够通过传感器感应夹紧采样桶后将钢丝绳固定避免加重块在转动时钢丝绳移动使夹持部变形。

进一步地，所述采样桶底部固定设有金刚石钻头，所述梯形框架底部两侧设有移动轮，方便进行钻进至土壤内部以便采样，同时加强了整个装置的移动灵活性，所述转盘上表面对应每个放置孔处均设有一个用于辨别收集瓶收集前后状态的信号灯，增加了装置的辨识度更易分辨已采样和未采样的收集瓶。

进一步地，所述电机组包括位于顶板下表面的转动电机，位于所述转动电机下部的伸缩电机，可以同步完成采样桶的转动钻进和下降。

进一步地，所述采样铲的外侧设有刀刃，采样铲底部与采样容器通过弹簧活动连接，所述弹簧上设有限位销，使采样桶在钻进下降时更为快捷且避免采样铲打开角度过大发生折断损坏设备，不利于采样的进行。

进一步地，位于下方的一组采样容器顶部对称设有两组可同步运动的电动推杆，位于上方的一组采样容器底部设有用于容纳所述电动推杆输出端的凹槽，所述收集瓶上部开口处设有环形挡板，所述环形挡板上开设有用于使电动推杆穿过的通孔，环形挡板两侧各设有一组条形挡板，两组所述条形挡板的连线长度大于所述放置孔的直径，通过使用电动推杆使上下两组采样容器连接固定同时使收集瓶固定，且收集瓶能够通过条形挡板放置在转盘的放置孔内，方便取放；所述条形挡板与所述环形挡板通过一组复位弹簧连接，条形挡板靠近外端处的上表面设有凸块，所述电动推杆的末端设有与所述凸块配合卡接的凸块槽，电动推杆靠近末端处设有用于抬升环形挡板的限位块，所述凹槽处对应的采样容器外壁设有用于使凸块和凸块槽配合卡接的开孔，使活动挡板可以与采样容器固定连接，不会影响采样桶转动采样，且不会影响采样桶穿过放置孔，方便操作结构合理。

更进一步地，所述连杆顶部设有红外发生器，所述采样桶顶部设有红外接收器，所述红外接收器与位于控制电动推杆底部的第二控制器电性连接，每个所述放置孔一侧的转盘上表面设有用于接收条形挡板压力的第二压力传感器，所述第二压力传感器与位于其所在转盘的转盘电机底部的第三控制器电性连接，使整个装置自动化程度更高，能够完成自主连续土壤样品的采集。

应用上述铅锌矿区重金属污染土壤采样装置进行土壤采样的采样方法，包括以下步骤：

步骤一：使用移动轮采样装置移动至需要进行采样的土壤处，电动推杆的输出端上升与凹槽对接，限位块推动环形挡板，使收集瓶与位于其上部的采样容器对接；

步骤二：启动伸缩电机，控制伸缩杆带动采样桶向下运动穿过每个转盘上的放置孔，条形挡板在放置孔周围转盘的阻挡下转动并通过凸块穿过开孔与凸块槽卡接；

步骤三：金刚石钻头下至土壤表面时，开启转动电机带动采样桶高速顺时针转动，同时伸缩电机继续下放伸缩杆，直至最上方的一组采样容器进入土壤中；

步骤四：关闭电机组，开启第二皮带轮带动两组夹持部将采样桶加紧，开启第一皮带轮带动加重块低速逆时针转动，同时带动采样桶逆时针转动，采样铲在与土壤的摩擦力作用下打开至限位销所在位置的大小并将土壤铲至采样口内，土壤落入采样容器底部的收集瓶中；

步骤五：开启第二皮带轮带动两组夹持部将采样桶放松，开启转动电机带动采样桶高速顺时针转动，同时伸缩电机控制伸缩杆提升采样桶至地面，红外发生器与红外接收器对接；

步骤六：红外接收器将信号传递至第二控制器控制电动推杆下降，凸块与凸块槽分离，条形挡板在复位弹簧作用下弹开至与环形挡板平行，收集瓶通过两组条形挡板卡座在转盘的放置孔内，条形挡板与压力传感器对接，第二压力传感器将信号传递至第三控制器控制转盘电机转动转盘，移出收集瓶，将下一个放置有空收集瓶的放置孔转动至采样桶所在位置；

步骤七：当需要进行多点连续收集时，使用移动轮移动采样装置重复步骤一至六即可连续进行土壤采样。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的铅锌矿区重金属污染土壤采样装置结构合理，操作方便，能够实现不同深度的土壤样品分段采集，通过旋转采样铲进行土壤收集，以此便于观察分析不同深度土壤样本中的重金属含量，得知重金属在铅锌矿区土壤中的渗透深度。

(2)本发明的铅锌矿区重金属污染土壤采样装置通过设有的加重块带动采样桶转动取样，省时省力，取样方便快速，与采样铲配合使用提高了采样效率，且通过皮带轮带动转动能够防止钻头卡死。

(3)本发明的铅锌矿区重金属污染土壤采样装置通过设有的转盘能够使采出的土壤样品能够快速进入到收集瓶中并且能够进行收集瓶的快速切换，达到了连续采样的目的，可以对同一地区不同位置的土壤进行连续采样，大大提高了装置的实用性。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图；

图2是本发明装置的采样桶整体结构示意图；

图3是本发明装置的采样桶局部结构示意图；

图4是本发明装置的采样桶与转盘连接处结构示意图；

图5是本发明装置的凸块与凸块槽连接处结构示意图；

图6是本发明装置的采样桶顺时针转动时采样铲闭合状态结构示意图；

图7是本发明装置的采样桶逆时针转动时采样铲打开状态结构示意图；

图8是本发明装置的加重块及第一、第二皮带轮的俯视图；

图9是本发明装置的加重块及第一、第二皮带轮的中心剖面图。

其中，1-支架，11-梯形框架，12-顶板，13-底板，2-采样桶，21-采样容器，211-采样口，212-采样铲，213-弹簧，214-限位销，215-凹槽，216-开孔，22-收集瓶，221-环形挡板，222-条形挡板，223-复位弹簧，23-凸块，24-金刚石钻头，25-电动推杆，251-凸块槽，252-限位块，3-转盘，31-连杆，32-转盘电机，33-放置孔，34-信号灯，4-加重块，41-中心槽，42-绳槽，43-液压推板，44-第一控制器，45-第一压力传感器，5-电机组，51-转动电机，52-伸缩电机，53-伸缩杆，61-第一皮带轮，62-第二皮带轮，63-转轮，64-钢丝绳，7-夹持部，71-夹块，72-螺纹杆，73-第一转轮，74-第二转轮，75-转动杆，76-第一齿轮，77-第二齿轮，78-滚轮，8-红外发生器，81-红外接收器，82-第二控制器，83-第三控制器，84-第二压力传感器。

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，本发明实施例中所用术语“前后”、“左右”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的位置。

实施例1

如图1所示，一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，包括用于支撑的支架1、用于采集土壤样品的采样桶2以及用于收集土壤样品的转盘组。

如图1、8、9所示，支架1包括位于左右两侧的梯形框架11以及连接两组梯形框架11的顶板12、底板13，底板13上表面一侧设有用于带动采样桶2低速转动的加重块4，加重块4中心设有用于使采样桶2通过的中心槽41，加重块4的中心槽41上部设有卡槽42，中心槽41内对称设有两组用于夹持采样桶2的夹持部7，加重块4前后两侧的底板13上各设有用于拉动加重块4转动的第一皮带轮61和用于拉动夹持部7收紧的第二皮带轮62，第一、第二皮带轮61、62两端均设有通过市售电机驱动转动的转轮63，两组转轮63通过一根皮带连接，皮带上缠绕有钢丝绳64，第一皮带轮61上的钢丝绳64另一端与加重块4下部的绳槽42缠绕连接。

如图8、9所示，夹持部7包括滑动嵌设在中心槽41内的夹块71，夹块71末端固定设有螺纹杆72，螺纹杆72与加重块4内部的第一转轮73中心螺纹滑动连接，第一转轮73通过一组皮带与第二转轮74同步转动连接，两组夹持部7的第二转轮74中心通过一组转动杆75连接，位于外侧的夹持部7上第一转轮73一侧设有与其同心转动的第一齿轮76，第一齿轮76下方设有与其啮合连接的第二齿轮77，第二齿轮77一侧设有缠绕钢丝绳64的滚轮78，钢丝绳延伸至加重块4外部与第二皮带轮62缠绕连接。加重块4与钢丝绳64的连接处设有用于锁紧钢丝绳的液压推板43，液压推板43顶部设有第一控制器44，第一控制器44与位于夹块71内表面的第一压力传感器45电性连接，液压推板43上方的加重块4上部设有用于缠绕钢丝绳64的绳槽42。

如图1、2、6、7所示，采样桶2包括3组自上而下连接且内部中空的采样容器21，采样桶2依次贯穿中心槽41和底板13，采样桶2的顶部设有伸缩杆53，伸缩杆53与位于顶板12下表面用于带动采样桶2高速转动的电机组5连接，每组采样容器21上部一侧均设有采样口211，采样口211处的采样容器21外壁活动连接有弧形的采样铲212，采样铲212的外侧设有刀刃，采样铲212底部与采样容器21通过弹簧213活动连接，弹簧213上设有限位销214，每组采样容器21底部均设有与其内部连通且可拆卸的收集瓶22，采样桶2底部固定设有金刚石钻头24，梯形框架11底部两侧设有移动轮，电机组5包括位于顶板12下表面的转动电机51，位于转动电机51下部的伸缩电机52，转动电机51、伸缩电机52均为市售减速电机。

如图1所示，转盘组包括3组自上而下等间距设置的转盘3，每个转盘3通过一组用于控制转盘3转动的转盘电机32与连杆31连接，连杆31上端与顶板12下表面连接，连杆31下端依次贯穿每个转盘3中心后与位于加重块4一侧的底板13上表面转动连接，转盘3上周向均布设有8组用于使采样桶2通过并放置收集瓶22的放置孔33，转盘3上表面对应每个放置孔33处均设有一个用于辨别收集瓶22收集前后状态的信号灯34。

如图2-5所示，位于下方的一组采样容器21顶部对称设有两组可同步运动的电动推杆25，电动推杆25为市售ANT-16动推杆，位于上方的一组采样容器21底部设有用于容纳电动推杆25输出端的凹槽215，收集瓶22上部开口处设有环形挡板221，环形挡板221上开设有用于使电动推杆25穿过的通孔，环形挡板221两侧各设有一组条形挡板222，两组条形挡板222的连线长度大于放置孔33的直径，条形挡板222与环形挡板221通过一组复位弹簧223连接，条形挡板222靠近外端处的上表面设有凸块23，电动推杆25的末端设有与凸块23配合卡接的凸块槽251，电动推杆25靠近末端处设有用于抬升环形挡板221的限位块252，凹槽215处对应的采样容器21外壁设有用于使凸块23和凸块槽251配合卡接的开孔216。

金刚石钻头24上方设有一段用于容纳用于与其上方的采样容器24对接的电动推杆25；位于最上方的采样容器21的顶部不再设有电动推杆25。

如图1、2所示，连杆31顶部设有红外发生器8，红外发生器8为市售无线红外线发射器，采样桶2顶部设有红外接收器81，红外接收器81为市售无线红外线接收器，红外接收器81与位于控制电动推杆25底部的第二控制器82电性连接，每个放置孔33一侧的转盘3上表面设有用于接收条形挡板222压力的第二压力传感器84，第二压力传感器84与位于其所在转盘3的转盘电机32底部的第三控制器83电性连接，同时第二压力传感器84与位于信号灯34内用于控制信号灯34的控制器电性连接，第一、第二控制器44、82为市售PLC控制器，第一、第二压力传感器45、84为市售压阻式压力传感器。

应用上述铅锌矿区重金属污染土壤采样装置进行土壤采样的采样方法，包括以下步骤：

步骤一：使用移动轮采样装置移动至需要进行采样的土壤处，此时电动推杆25的输出端处于与凹槽215对接的状态，同时限位块252推动环形挡板221从而带动收集瓶22上移与采样容器21底部对接并与采样容器21内部连通，如图3所示，第二压力传感器84感受不到压力压迫后将信号传递给信号灯34的控制器控制信号灯34亮起；

步骤二：启动伸缩电机52，使其控制伸缩杆53带动采样桶2向下运动并穿过每个转盘3上的放置孔33，每个条形挡板222在与其对应的放置孔33周围转盘3的阻挡下向上转动，条形挡板222上的凸块23穿过开孔216与凸块槽251卡接，防止在采样过程中凸块23弹出，如图4所示；

步骤三：金刚石钻头24下至土壤表面时，开启转动电机51使其带动采样桶2高速顺时针转动，此时采样铲212处于闭合的状态，如图6所示，同时伸缩电机52继续下放伸缩杆53，直至最上方的一组采样容器21进入土壤中；

步骤四：关闭电机组5，采样桶2停止转动，开启第二皮带轮62，使其上的转轮63带动皮带做逆时针转动，同时拉动钢丝绳64带动滚轮78转动，滚轮78和第二齿轮77固定连接且同步转动，第二齿轮77和第一齿轮76啮合并同步转动，第一齿轮76和一组夹持部7的第一转轮73固定连接且同步转动，第一转轮73和第二转轮74通过皮带同步转动，第二转轮74通过位于其中心的转动杆75带动另一组夹持部7的第二转轮74同步转动，当两组夹持部7的第一转轮73转动的同时，位于第一转轮73中心处螺纹连接的螺纹杆72在螺纹作用下向中心槽41的方向移动，同时两组螺纹杆72带动夹块71同时向中心槽41的方向移动，将中心槽41内的采样桶2夹紧，此时第一压力传感器45接收到采样桶2被夹紧的信号后将信号传递至第一控制器44，第一控制器44控制液压推板43下降将钢丝绳64压紧，在之后加重块4转动时只会带动加重块4外部的第二皮带轮62上钢丝绳64转动，而不会影响加重块4内部的钢丝绳64，即能够使夹持部7始终保持夹紧采样桶2的状态；

开启第一皮带轮61，使其上的转轮63带动皮带做逆时针转动，同时拉动钢丝绳64通过绳槽42带动加重块4低速逆时针转动半圈，转动时第二皮带轮62的钢丝绳64缠绕在加重块4上部的绳槽42内，同时采样铲212在与土壤的摩擦力作用下打开至限位销214所在位置的大小，如图5所示，并将土壤铲至采样口211内，土壤落入采样容器21底部的收集瓶22中；

步骤五：开启第二皮带轮62，使其上的转轮63带动皮带做逆时针转动，同时拉动钢丝绳64通过绳槽42带动加重块4低速顺时针转动半圈，使加重块4回到转动前的状态，如图8所示，同时松开液压推板43使滚轮78通过其内部设有的复位电机复位转动，自动带动两组夹持部7以与步骤四相同的方式将采样桶2放松，开启转动电机51带动采样桶2高速顺时针转动，同时伸缩电机52控制伸缩杆53提升采样桶2至地面，直至红外发生器8与红外接收器81对接，此时，开启第二皮带轮62带动两组夹持部7以与步骤四相同的方式将采样桶2的底部靠近金刚石钻头24的位置夹紧，保持三组采样容器21垂直固定；

步骤六：红外接收器81将信号传递至最上方的一组采样容器21第二控制器82控制电动推杆25下降，下降的过程在经过开孔216底部时，采样容器21的外壁挤压凸块23，使凸块23在其末端弹簧的作用下与凸块槽251分离，如图5所示，条形挡板222在复位弹簧223作用下弹开至与环形挡板221平行，如图3所示，电动推杆25继续下降，直至收集瓶22通过两组条形挡板222卡座在转盘3的放置孔33内，条形挡板222与压力传感器84对接，第二压力传感器84将信号传递至第三控制器83控制转盘电机32转动转盘3，将转盘组转过45°角，移出收集瓶22，并将下一个放置有空收集瓶22的放置孔33转动至采样桶2所在位置，重复步骤一中的过程使空的收集瓶22上移与采样容器21底部对接并与采样容器21内部连通，自上而下相邻组第二控制器82的响应时间间隔为15s，确保转盘3及收集瓶22更换完毕后再启动下一组电动推杆25，直至三组采样容器21底部的收集瓶22全部更换为空的收集瓶22，装有土壤样品的收集瓶22前的转盘3上信号灯34保持常亮；

步骤七：当需要进行多点连续收集时，使用移动轮移动采样装置至需要进行土壤采样的另一个位置，重复步骤一至六即可连续进行土壤采样。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于放置孔设置的数量不同：

转盘3上周向均布设有6组用于使采样桶2通过并放置收集瓶22的放置孔33。

步骤六：红外接收器81将信号传递至最上方的一组采样容器21第二控制器82控制电动推杆25下降，下降的过程在经过开孔216底部时，采样容器21的外壁挤压凸块23，使凸块23在其末端弹簧的作用下与凸块槽251分离，如图5所示，条形挡板222在复位弹簧223作用下弹开至与环形挡板221平行，如图3所示，电动推杆25继续下降，直至收集瓶22通过两组条形挡板222卡座在转盘3的放置孔33内，条形挡板222与压力传感器84对接，第二压力传感器84将信号传递至第三控制器83控制转盘电机32转动转盘3，将转盘组转过60°角，移出收集瓶22，并将下一个放置有空收集瓶22的放置孔33转动至采样桶2所在位置，重复步骤一中的过程使空的收集瓶22上移与采样容器21底部对接并与采样容器21内部连通，自上而下相邻组第二控制器82的响应时间间隔为15s，确保转盘3及收集瓶22更换完毕后再启动下一组电动推杆25，直至三组采样容器21底部的收集瓶22全部更换为空的收集瓶22，装有土壤样品的收集瓶22前的转盘3上信号灯34保持常亮；

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于放置孔33设置的数量不同：

转盘3上周向均布设有12组用于使采样桶2通过并放置收集瓶22的放置孔33。

步骤六：红外接收器81将信号传递至最上方的一组采样容器21第二控制器82控制电动推杆25下降，下降的过程在经过开孔216底部时，采样容器21的外壁挤压凸块23，使凸块23在其末端弹簧的作用下与凸块槽251分离，如图5所示，条形挡板222在复位弹簧223作用下弹开至与环形挡板221平行，如图3所示，电动推杆25继续下降，直至收集瓶22通过两组条形挡板222卡座在转盘3的放置孔33内，条形挡板222与压力传感器84对接，第二压力传感器84将信号传递至第三控制器83控制转盘电机32转动转盘3，将转盘组转过30°角，移出收集瓶22，并将下一个放置有空收集瓶22的放置孔33转动至采样桶2所在位置，重复步骤一中的过程使空的收集瓶22上移与采样容器21底部对接并与采样容器21内部连通，自上而下相邻组第二控制器82的响应时间间隔为15s，确保转盘3及收集瓶22更换完毕后再启动下一组电动推杆25，直至三组采样容器21底部的收集瓶22全部更换为空的收集瓶22，装有土壤样品的收集瓶22前的转盘3上信号灯34保持常亮；

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于采样深度不同，需要对某一处受污染土壤中处近地表土壤进行采样：

步骤三：金刚石钻头24下至土壤表面时，开启转动电机51使其带动采样桶2高速顺时针转动，此时采样铲212处于闭合的状态，如图6所示，同时伸缩电机52继续下放伸缩杆53，使最下方的一组采样容器21进入地表下方30cm的土壤中；

步骤六：红外接收器81将信号传递至最下方的一组采样容器21第二控制器82控制电动推杆25下降，下降的过程在经过开孔216底部时，采样容器21的外壁挤压凸块23，使凸块23在其末端弹簧的作用下与凸块槽251分离，如图5所示，条形挡板222在复位弹簧223作用下弹开至与环形挡板221平行，如图3所示，电动推杆25继续下降，直至收集瓶22通过两组条形挡板222卡座在转盘3的放置孔33内，条形挡板222与压力传感器84对接，第二压力传感器84将信号传递至第三控制器83控制转盘电机32转动转盘3，将转盘组转过45°角，移出收集瓶22；

步骤七：将收集瓶22收集到的土壤样品送检。

实验例

对应用实施例1-3中的铅锌矿区重金属污染土壤采样装置及采样方法在同一片矿区土壤中进行采样成功率测试，测试结果如下：

3组实施例中的采样样本个数均为360个，其中采样后收集瓶22中的土壤样品量大于20％以满足检测用土量的最低要求即为采样成功，反之则为采样失败；

实施例1中的采样成功率为98.8％，实施例2中的采样成功率为98.6％，实施例3中的采样成功率为97.5％。

可以看出，应用本发明实施例1-3中的铅锌矿区重金属污染土壤采样装置及采样方法进行采样的成功率均维持在一个较高的水平，其中，实施例1中的采样成功率最高，实施例3中的采样成功率最低，出现了9组失败采样案例，这是因为设置过多组的放置孔33后容易使设备在工作时更容易发生卡钻、卡盘等故障，影响了最终的采样成功率；

实施例2中与实施例1成功率均较高，这是由于设置的放置孔33数量少，因此故障率较低，采样成功率更高，但实施例2中仅设置6组放置孔33在需要进行大量的采样工作时需要频繁更换取放收集瓶，因此选用实施例1中的8组放置孔33最为合理，效率最高。

Claims (8)

1.一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，其特征在于，包括用于支撑的支架（1）、用于采集土壤样品的采样桶（2）以及用于收集土壤样品的转盘组，

所述支架（1）包括位于左右两侧的梯形框架（11）以及连接两组所述梯形框架（11）的顶板（12）、底板（13），所述底板（13）上表面一侧设有用于带动所述采样桶（2）低速转动的加重块（4），所述加重块（4）中心设有用于使所述采样桶（2）通过的中心槽（41），所述中心槽（41）内对称设有两组用于夹持采样桶（2）的夹持部（7），加重块（4）前后两侧的底板（13）上各设有用于拉动加重块（4）转动的第一皮带轮（61）和用于拉动夹持部（7）收紧的第二皮带轮（62），

所述采样桶（2）包括若干组自上而下连接且内部中空的采样容器（21），采样桶（2）依次贯穿所述中心槽（41）和底板（13），采样桶（2）的顶部设有伸缩杆（53），所述伸缩杆（53）与位于顶板（12）下表面用于带动采样桶（2）高速转动的电机组（5）连接，所述电机组（5）包括位于顶板（12）下表面的转动电机（51），位于所述转动电机（51）下部的伸缩电机（52），每组所述采样容器（21）上部一侧均设有采样口（211），所述采样口（211）处的采样容器（21）外壁活动连接有弧形的采样铲（212），当采样桶（2）顺时针转动时采样铲（212）关闭，当采样桶（2）逆时针转动时采样铲（212）打开，每组采样容器（21）底部均设有与其内部连通且可拆卸的收集瓶（22），

所述转盘组包括若干组自上而下等间距设置的转盘（3），每个所述转盘（3）通过一组用于控制转盘（3）转动的转盘电机（32）与连杆（31）连接，所述连杆（31）上端与顶板（12）下表面连接，连杆（31）下端依次贯穿每个转盘（3）中心后与位于加重块（4）一侧的底板（13）上表面连接，转盘（3）上周向均布设有若干用于使采样桶（2）通过并放置收集瓶（22）的放置孔（33），所述连杆（31）顶部设有红外发生器（8），所述采样桶（2）顶部设有红外接收器（81），

位于下方的一组采样容器（21）顶部对称设有两组可同步运动的电动推杆（25），位于上方的一组采样容器（21）底部设有用于容纳所述电动推杆（25）输出端的凹槽（215），所述收集瓶（22）上部开口处设有环形挡板（221），所述环形挡板（221）上开设有用于使电动推杆（25）穿过的通孔，环形挡板（221）两侧各设有一组条形挡板（222），两组所述条形挡板（222）的连线长度大于所述放置孔（33）的直径，所述条形挡板（222）与所述环形挡板（221）通过一组复位弹簧（223）连接，条形挡板（222）靠近外端处的上表面通过弹簧连接有凸块（23），所述电动推杆（25）的末端设有与所述凸块（23）配合卡接的凸块槽（251），电动推杆（25）靠近末端处设有用于抬升环形挡板（221）的限位块（252），所述凹槽（215）处对应的采样容器（21）外壁设有用于使凸块（23）和凸块槽（251）配合卡接的开孔（216）。

2.根据权利要求1所述的一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，其特征在于，所述第一、第二皮带轮（61、62）两端均设有通过电机驱动转动的转轮（63），两组所述转轮（63）通过一根皮带连接，所述皮带上缠绕有钢丝绳（64），第一皮带轮（61）上的钢丝绳（64）另一端与加重块（4）下部的绳槽（42）缠绕连接。

3.根据权利要求1所述的一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，其特征在于，所述夹持部（7）包括滑动嵌设在所述中心槽（41）内的夹块（71），所述夹块（71）末端固定设有螺纹杆（72），所述螺纹杆（72）与加重块（4）内部的第一转轮（73）中心螺纹滑动连接，所述第一转轮（73）通过一组皮带与第二转轮（74）同步转动连接，两组夹持部（7）的第二转轮（74）中心通过一组转动杆（75）连接，位于外侧的夹持部（7）上第一转轮（73）一侧设有与其同心转动的第一齿轮（76），所述第一齿轮（76）下方设有与其啮合连接的第二齿轮（77），所述第二齿轮（77）一侧设有缠绕钢丝绳（64）的滚轮（78），所述钢丝绳（64）延伸至加重块（4）外部与所述第二皮带轮（62）缠绕连接。

4.根据权利要求3所述的一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，其特征在于，所述加重块（4）与所述钢丝绳（64）的连接处设有用于锁紧钢丝绳的液压推板（43），所述液压推板（43）顶部设有第一控制器（44），所述第一控制器（44）与位于所述夹块（71）内表面的第一压力传感器（45）电性连接，所述液压推板（43）上方的加重块（4）上部设有用于缠绕钢丝绳（64）的绳槽（42）。

5.根据权利要求1所述的一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，其特征在于，所述采样桶（2）底部固定设有金刚石钻头（24），所述梯形框架（11）底部两侧设有移动轮，所述转盘（3）上表面对应每个放置孔（33）处均设有一个用于辨别收集瓶（22）收集前后状态的信号灯（34）。

6.根据权利要求1所述的一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，其特征在于，所述采样铲（212）的外侧设有刀刃，采样铲（212）底部与采样容器（21）通过弹簧（213）活动连接，采样铲（212）底部与采样容器（21）之间的弹簧（213）上设有限位销（214）。

7.根据权利要求1所述的一种铅锌矿区重金属污染土壤采样装置，其特征在于，所述红外接收器（81）与位于电动推杆（25）底部的第二控制器（82）电性连接，所述第二控制器（82）用于控制电动推杆（25）启动，每个所述放置孔（33）一侧的转盘（3）上表面设有用于接收条形挡板（222）压力的第二压力传感器（84），所述第二压力传感器（84）与位于其所在转盘（3）的转盘电机（32）底部的第三控制器（83）电性连接。

8.一种应用权利要求1-7任意一项所述铅锌矿区重金属污染土壤采样装置进行采样的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：使用移动轮将 采样装置移动至需要进行采样的土壤处，电动推杆（25）的输出端上升与凹槽（215）对接，限位块（252）推动环形挡板（221），使收集瓶（22）与位于其上部的采样容器（21）对接；

步骤二：启动伸缩电机（52），控制伸缩杆（53）带动采样桶（2）向下运动穿过每个转盘（3）上的放置孔（33），条形挡板（222）在放置孔（33）周围转盘（3）的阻挡下转动并通过凸块（23）穿过开孔（216）与凸块槽（251）卡接；

步骤三：位于采样桶（2）底部的金刚石钻头（24）下至土壤表面时，开启转动电机（51）带动采样桶（2）高速顺时针转动，同时伸缩电机（52）继续下放伸缩杆（53），直至最上方的一组采样容器（21）进入土壤中；

步骤四：关闭电机组（5），开启第二皮带轮（62）带动两组夹持部（7）将采样桶（2）夹紧，开启第一皮带轮（61）带动加重块（4）低速逆时针转动，同时带动采样桶（2）逆时针转动，采样铲（212）在与土壤的摩擦力作用下打开至采样铲（212）底部与采样容器（21）之间的弹簧（213）上设有的限位销（214）所在位置的大小并将土壤铲至采样口（211）内，土壤落入采样容器（21）底部的收集瓶（22）中；

步骤五：开启第二皮带轮（62）带动两组夹持部（7）将采样桶（2）放松，开启转动电机（51）带动采样桶（2）高速顺时针转动，同时伸缩电机（52）控制伸缩杆（53）提升采样桶（2）至地面，红外发生器（8）与红外接收器（81）对接；

步骤六：红外接收器（81）将信号传递至第二控制器（82）控制电动推杆（25）下降，凸块（23）与凸块槽（251）分离，条形挡板（222）在复位弹簧（223）作用下弹开至与环形挡板（221）平行，收集瓶（22）通过两组条形挡板（222）卡座在转盘（3）的放置孔（33）内，条形挡板（222）与第二压力传感器（84）对接，第二压力传感器（84）将信号传递至第三控制器（83）控制转盘电机（32）转动转盘（3），移出收集瓶（22），将下一个放置有空收集瓶（22）的放置孔（33）转动至采样桶（2）所在位置；

步骤七：当需要进行多点连续收集时，使用移动轮移动采样装置重复步骤一至六即可连续进行土壤采样。

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