CN112683576B - 一种土壤重金属污染修复用深层取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤检测技术领域，尤其涉及一种土壤重金属污染修复用深层取样装置。本发明要解决的技术问题是现有的土壤深层取样装置无法单纯地仅采样到深层土壤。为了解决上述技术中的问题，本发明提供一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，本发明由扎入机构和取土机构组成，通过启动第一步进电机能够将螺纹柱旋出，从而将取土机构扎入土壤深层，相较于现有技术，本发明更加省力；通过电动推杆的驱动、抵挡块的阻挡，能够防止表层土壤被取样，当本装置即将到达土壤深层时，驱动电动推杆收回抵挡块，再借助扎入机构便能单纯取样深层土壤，而且本装置在取样完毕后只需要驱动电动推杆重新推出抵挡块，便能顺带将样本挤出。

Description

一种土壤重金属污染修复用深层取样装置

技术领域

本发明涉及土壤检测技术领域，具体为一种土壤重金属污染修复用深层取样装置。

背景技术

土壤环境监测是指通过对影响土壤环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势，我们通常所说的土壤监测是指土壤环境监测，其一般包括布点采样、样品制备、分析方法、结果表征、资料统计和质量评价等技术内容，其中土壤采样便是土壤检测的一个重要步骤，但是现有的土壤深层取样装置存在很多问题或缺陷。

现有的土壤深层取样装置，在取样过程中插入地表，无法单纯地采集深层土壤的样本，在采样过程中势必会取到表层土壤，只能靠后期对表层和深层的土壤进行分离获得深层土壤，操作过程繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，通过设置扎入机构和取土机构，以解决上述背景技术中提出的现有的土壤深层取样装置无法单纯地仅采样到深层土壤的样本的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，包括取样柱、螺栓、扎入机构和取土机构。

所述取样柱的底部设置有第一空腔，所述第一空腔的内部固定安装有扎入机构，所述扎入机构的底部固定安装有取土机构，所述取样柱的外壁通过螺栓固定套接有固定套，所述固定套远离螺栓的一端固定安装有踏板。

所述扎入机构包括第一步进电机、轴承、横板、螺纹筒和限位柱，所述第一空腔的内部设置有横板，所述横板的中心通过两个轴承竖直贯穿有螺纹筒，所述螺纹筒的顶部与第一步进电机的输出端固定连接，所述第一步进电机固定安装在第一空腔的顶部内壁上，所述螺纹筒的底部螺纹套接有螺纹柱，所述横板的底部两侧对称固定安装有两个限位筒，两个所述限位筒的底端滑动套接有限位柱，所述螺纹柱和两根限位柱的底端均与取土机构的顶部固定连接。

所取土机构包括第一取样块、第二步进电机、第二取样块、抵挡块和电动推杆，所述第一取样块的顶部与扎入机构的底部固定连接，所述第一取样块的底部设置有第二空腔，所述第二空腔的顶部内壁固定安装有第二步进电机，所述第二步进电机的输出端固定安装有第二取样块，所述第二取样块的顶部延伸至第二空腔的内部，所述第二取样块的底部设置有第三空腔，所述第三空腔的顶部嵌入安装有电动推杆，所述电动推杆的输出端延伸至第三空腔的内部，并与抵挡块的顶部固定连接，所述抵挡块的顶部竖直滑动安装在第三空腔的内部，所述抵挡块的底端延伸至第三空腔的外部。

优选的，所述取样柱的顶端固定安装有手柄，所述手柄的内部设置有蓄电池，所述手柄的一侧面设置有开关按钮，所述开关按钮和蓄电池均与第一步进电机、第二步进电机和以及电动推杆电性连接。

优选的，所述取样柱的外壁设置有刻度。

优选的，所述第一取样块和第二取样块的侧面投影均为梯形。

优选的，所述抵挡块的顶部直径等于第三空腔的内部直径。

优选的，所述第一步进电机的顶部通过防震橡胶垫固定安装在第一空腔的顶部内壁上，所述手柄的外壁固定安装有软垫。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明安装有扎入机构，扎入机构通过启动第一步进电机能够将螺纹柱旋出，从而将取土机构扎入土壤深层，相较于现有技术，本发明更加省力，而且相较于人力扎入，本发明的扎入力更加均匀，能够减少本装置对深层土壤的破坏，使取到的样本更加完整；

(2)本发明安装有取土机构，通过第二步进电机带转第二取样块，能够使本装置更容易地扎入土壤深层，也减少了螺纹柱承受的作用力，提高了本发明的使用寿命，另外，通过电动推杆的驱动、抵挡块的阻挡，能够防止表层土壤被取样，当本装置即将到达土壤深层时，驱动电动推杆收回抵挡块，再借助扎入机构便能单纯取样深层土壤，而且本装置在取样完毕后只需要驱动电动推杆重新推出抵挡块，便能顺带将样本挤出，操作简单方便。

附图说明

图1为本发明的主视剖视结构示意图；

图2为本发明的主视结构示意图；

图3为图1中A处的结构放大示意图；

图4为本发明的俯视结构示意图。

图中：1、取样柱；2、螺栓；3、第一步进电机；4、第一空腔；5、第一取样块；6、第二空腔；7、电动推杆；8、第三空腔；9、抵挡块；10、第二取样块；11、第二步进电机；12、轴承；13、踏板；14、固定套；15、刻度；16、开关按钮；17、手柄；18、螺纹筒；19、螺纹柱；20、限位柱；21、限位筒；22、横板。

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。

请参阅图1-4，本发明提供的一种实施例：一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，包括取样柱1、螺栓2、扎入机构和取土机构。

所述取样柱1的底部设置有第一空腔4，所述第一空腔4的内部固定安装有扎入机构，所述扎入机构的底部固定安装有取土机构，所述取样柱1的外壁通过螺栓2固定套接有固定套14，所述固定套14远离螺栓2的一端固定安装有踏板13。

本发明通过分体连接的取土机构以及扎入机构，构成了取样装置在取样过程中的不同功能组件。具体地，扎入机构主要用于当取样装置到达预设的土壤深度后，通过对取土机构进行下压，迫使取土装置对深度土壤进行被动采样，能够有效避免取样装置在扎入过程中对表层土壤的采集。

取样柱上设置的固定套，能够将踏板安装在取样柱上，踏板具体的作用是使操作人员通过向下的脚踩力，将整体取样装置插入到预设的目标采样层，通过踏板，方便了对取样装置的操作，能够通过脚踩力方便地将取样装置扎入土壤。

踏板与螺栓相互配合，能够调节踏板在取样柱上的安装位置，具体能够调节踏板在取样柱上的安装高度，通过该种设置方式，能够有效地控制扎入机构在土壤中的扎入深度，进而通过扎入机构下压取土机构，从而满足不同取样工况下的取样需求。

参见图3，在其中一个实施例中，所述扎入机构包括第一步进电机3、轴承12、横板22、螺纹筒18和限位柱20，所述第一空腔4的内部设置有横板22，所述横板22的中心通过两个轴承12竖直贯穿有螺纹筒18，所述螺纹筒18的顶部与第一步进电机3的输出端固定连接，所述第一步进电机3固定安装在第一空腔4的顶部内壁上，所述螺纹筒18的底部螺纹套接有螺纹柱19，所述横板22的底部两侧对称固定安装有两个限位筒21，两个所述限位筒21的底端滑动套接有限位柱20，所述螺纹柱19和两根限位柱20的底端均与取土机构的顶部固定连接。

本实施例中的扎入机构将螺纹筒安装在轴承上，能够通过第一步进电机的驱动在轴承部位进行转动，且在转动时其安装位置并不发生上下位置的调整。螺纹筒内部套接有螺纹柱，当螺纹筒在转动时，能够带动螺接在其内部的螺纹柱转动，并且螺纹柱在转动时能够实现在螺纹筒内的伸缩，从而进一步控制取土机构在上下位置的调整，用以实现通过取土机构对深层土壤的采集。

在横板上安装的限位筒，以及在限位筒内套接的限位柱，能够对螺纹柱在上下位置调整时起到限位作用，使螺纹柱在一定活动范围内伸缩，防止螺纹柱在向上收缩时，使取土机构脱离螺纹柱的连接，从而影响取样装置的正常使用；另一方面还能防止螺纹柱跟随螺纹筒一起转动，使扎入机构能够有效控制取土机构的伸缩，保证装置运行的可靠性。

在其中另一个实施例中，取土机构包括第一取样块5、第二步进电机11、第二取样块10、抵挡块9和电动推杆7。本实施例中的取土机构，具体连接在扎入机构的下方，扎入机构的螺纹柱连接在第二步进电机上，且螺纹柱在第一步进电机驱动下在向下深入时能够带动取土机构整体下移。

所述第一取样块5的顶部与扎入机构的底部固定连接，所述第一取样块5的底部设置有第二空腔6，所述第二空腔6的顶部内壁固定安装有第二步进电机11，所述第二步进电机11的输出端固定安装有第二取样块10，所述第二取样块10的顶部延伸至第二空腔6的内部，所述第二取样块10的底部设置有第三空腔8，所述第三空腔8的顶部嵌入安装有电动推杆7，所述电动推杆7的输出端延伸至第三空腔8的内部，并与抵挡块9的顶部固定连接，所述抵挡块9的顶部竖直滑动安装在第三空腔8的内部，所述抵挡块9的底端延伸至第三空腔8的外部。

本发明通过在底端设置的抵挡块以及在扎入土壤时相对封闭的第一取样块及第二取样块，能够避免在扎入时将表层土壤带入取样装置内部。取样装置在扎入土壤时，在其内部的电机并不运行，在取样装置深入到预设深度后，通过第一步进电机以及第二步进电机的相续衔接动作，首先在电动推杆的上移作用下使抵挡块回缩进入第二取样块内的第三空腔中，同时使抵挡块与第三空腔之前产生取样间隙，然后通过第二步进电机驱动第二取样块旋转，并在其旋转的同时开启第一步进电机，带动第一取样块向下行进，使深层土壤被动通过抵挡块与第三空腔之间的间隙进入第三空腔内部，实现对深层土壤的取样。

通过本发明中的深层取样装置，一方面能够通过尖端的抵挡块保证取样装置在插入土壤时的顺畅度，另一方面能够避免在扎入土壤时使表层土壤进入取样空腔中。同时通过相互配合的驱动装置，能够使取样装置在深入到预设深度后才打开上下连接的取样块之间的环状间隙，使深层土壤能够有效地进入用于容置采集样品的取样腔中。

通过相续配合的不同组件，能够从最大程度上避免表层土壤混入采集到的样品中，真正还原了深层土壤的组成。通过在转动时，被动进入第三腔体中的土壤，能够在一定程度上增强其聚集力，保证采集样品在外貌上的规整。

参见图4，在其中一个优选的实施例中，所述取样柱1的顶端固定安装有手柄17，所述手柄17的内部设置有蓄电池，所述手柄17的一侧面设置有开关按钮16，所述开关按钮16和蓄电池均与第一步进电机3、第二步进电机11和以及电动推杆7电性连接。

开关按钮对步进电机以及电动推杆电性连接，能够控制在取样时内部驱动装置的运行，通过对上述驱动装置的控制，有利于取样装置在达到目标地层时对深层土壤的取样。

具体的，所述取样柱1的外壁设置有刻度15，便于了解取样的深度。

在取样柱上设置的刻度，能够直接客观地反应取样装置所达到的地层深度，提高了使用便捷性，方便操作。

具体的，所述第一取样块5和第二取样块10的侧面投影均为梯形，减少土壤对第一取样块5和第二取样块10的作用力，使取样更省力。

第一取样块及第二取样块具体为相互连接的锥形圆台结构，该锥形圆台为上大下小的倒锥圆台形式，通过该种设置方式，能够使取样块在插入地表土壤的过程中更加顺畅，且能够保持良好的插入状态。

在完成取样，从地层中提出取样装置后，需要通过控制电动推杆将抵挡块从第三空腔内顶部，用于收集采集到的深层土壤。抵挡块的顶部直径等于第三空腔的内部直径，便于将样本推出。

具体的，所述第一步进电机3的顶部通过防震橡胶垫固定安装在第一空腔4的顶部内壁上，所述手柄17的外壁固定安装有软垫。

通过在第一空腔顶部内壁设置的防震橡胶垫，有效提高了在取样过程中的缓冲性，在遇到硬性阻力时，能够在一定程度上保护位于底部的抵挡块，防止地下岩石对抵挡块造成硬性损伤，有效提高取样装置的使用寿命。安装在手柄外部的软垫能够使操作人员更加舒适地手握手柄，改善取样装置的使用条件。

工作原理：本装置安装有取土机构，先根据需要采样的深度，参照刻度15，通过转动螺栓2将固定套14调节到合适的位置将本装置扎入土壤中，扎入时可以通过脚踩踏板13来借力，当踏板13底部接触到土壤表面时，停止人力扎入，通过按下开关按钮16来启动电动推杆7上移，从而将抵挡块9收回到第三空腔8的内部，再启动第二步进电机11，第二步进电机11带转第二取样块10开始旋转。

本装置安装有扎入机构，抵挡块9被收回后，启动第一步进电机3，所述第一步进电机3会带转螺纹筒18，螺纹筒18的转动会使螺纹套接在其底部的螺纹柱19被旋出，从而带动第一取样块5一起扎入深层土壤中，深层土壤便会被采集到第三空腔8的内部，取样完毕，将本装置拔出，然后驱动电动推杆7带动抵挡块9下移，从而将样本推出，其中限位柱20和限位筒21用于限位，防止螺纹柱19跟随螺纹筒18一起转动。

需要重点指出的有，通过本发明中取土机构以及扎入机构的相互配合，能够使取样装置在插入地表层时，不对地表土壤进行采集；当达到目标地层后，通过步进电机以及电动推杆的相互配合，打开第三空腔与抵挡块之间的环状间隙，并在取样块的旋转以及下压作用下，使深层土壤样本从环状间隙进入第三空腔内，可靠保证了整个操作流程的连续性；当取样装置达到目的深度地层时才开启对土壤达到采集，从根本上避免了地表土壤的混入，极大改善了采样工况。

需要说明的有，本发明中的采样过程能够使深层土壤样本被动进入第三空腔中，在取样块的下压力作用下，能够使采集土壤收到一定的挤压力，使采集到样本能够压缩成型。在采样后对取样装置的上提过程中，挤压在第三腔体中的土壤并不会从采样腔中掉落，可靠保证了取样装置使用的稳定性。

涉及到电路、电子元器件和控制模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“中部”、“偏心处”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，其特征在于：包括取样柱、螺栓、扎入机构和取土机构；

所述取样柱的底部设置有第一空腔，所述第一空腔的内部固定安装有扎入机构，所述扎入机构的底部固定安装有取土机构，所述取样柱的外壁通过螺栓固定套接有固定套，所述固定套远离螺栓的一端固定安装有踏板；

所述扎入机构包括第一步进电机、轴承、横板、螺纹筒和限位柱，所述第一空腔的内部设置有横板，所述横板的中心通过两个轴承竖直贯穿有螺纹筒，所述螺纹筒的顶部与第一步进电机的输出端固定连接，所述第一步进电机固定安装在第一空腔的顶部内壁上，所述螺纹筒的底部螺纹套接有螺纹柱，所述横板的底部两侧对称固定安装有两个限位筒，两个所述限位筒的底端滑动套接有限位柱，所述螺纹柱和两根限位柱的底端均与取土机构的顶部固定连接；

所取土机构包括第一取样块、第二步进电机、第二取样块、抵挡块和电动推杆，所述第一取样块的顶部与扎入机构的底部固定连接，所述第一取样块的底部设置有第二空腔，所述第二空腔的顶部内壁固定安装有第二步进电机，所述第二步进电机的输出端固定安装有第二取样块，所述第二取样块的顶部延伸至第二空腔的内部，所述第二取样块的底部设置有第三空腔，所述第三空腔的顶部嵌入安装有电动推杆，所述电动推杆的输出端延伸至第三空腔的内部，并与抵挡块的顶部固定连接，所述抵挡块的顶部竖直滑动安装在第三空腔的内部，所述抵挡块的底端延伸至第三空腔的外部。

2.根据权利要求1所述的一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，其特征在于：所述取样柱的顶端固定安装有手柄，所述手柄的内部设置有蓄电池，所述手柄的一侧面设置有开关按钮，所述开关按钮和蓄电池均与第一步进电机、第二步进电机和以及电动推杆电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，其特征在于：所述取样柱的外壁设置有刻度。

4.根据权利要求1所述的一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，其特征在于：所述第一取样块和第二取样块的侧面投影均为梯形。

5.根据权利要求1所述的一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，其特征在于：所述抵挡块的顶部直径等于第三空腔的内部直径。

6.根据权利要求2所述的一种土壤重金属污染修复用深层取样装置，其特征在于：所述第一步进电机的顶部通过防震橡胶垫固定安装在第一空腔的顶部内壁上，所述手柄的外壁固定安装有软垫。