CN112763687B - 一种土壤检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及森林勘察技术领域，具体公开了种土壤检测装置，包括探管和探头，探管包括管体和固定在管体外周的螺旋片，管体的下部设置有进样孔，管体的侧壁上开设有第二凹槽和第一凹槽，第二凹槽和第一凹和内部滑动连接有同一个挡块，第二凹槽内部设置有弹簧；管体内部设置有缸体，缸体内部滑动连接有活塞，缸体上设置有单向进气阀与单向出气阀，单向出气阀与第二凹槽内部连通；管体内设置有固定筒，固定筒与第二凹槽的之间设置有自动阀；固定筒的内部设置有涡轮，涡轮的转轴的下端固定有螺纹杆，螺纹杆上套设有滑块，探头固定在滑块的下方。本专利的目的在于解决弹性材料不可吸水，因此无法持续起到将探头上的水分擦干的作用问题。

Description

一种土壤检测装置

技术领域

本发明涉及森林勘察技术领域，特别涉及一种土壤检测装置。

背景技术

森林土壤是发展林业生产的物质基础，林木生物积累所需的水分、养分、光、热和空气除部分来自大气外，水分、养分和一部分氧气都要依赖森林土壤的补给，并依靠它的基础支撑，使林木挺立于大地进行多种生命活动。肥力是森林土壤的重要特性，它是决定森林生产力的主要因素，是土壤物理、化学和生物性质的综合反映。土壤肥力的高低取决于其中养分、水分、空气和温度，即水、肥、气、热四者的协调状况。因此，森林土壤含水量既受到天气等条件的制约，也可以通过人为管理措施加以调控。因此，对森林的土壤进行水分检测很有必要性，通过对森林土壤随分进行检测后通过人工精准灌溉以满足林木速生丰产要求。

但是，现有的土壤水分检测装置功能单一，不具备取样和储存的功能；并且，现有的水分检测装置在进行连续检测的过程中，检测结果容易受上一次检测结果的影响从而导致检测结果不准确。

授权公告号为CN107064465的中国专利公开了一种用于测定深度土壤湿度的探管，探管包括有管体，管体四周分布螺旋片；在管体的四周也设置有开口，开口的内部设置有探头；在开口处的上下两端分别设置有对称的加压装置，加压装置位于管壁内，在加压装置的相对一侧分别设置弹性材料，在弹性材料的相对一侧设置有锥形体，锥形体的半径小的一端朝向开口的中间；在管壁内部还设置有探头，探头朝向锥形体；探头上还连接有步进电机；加压装置和步进电机都与控制器连接，在管体的上部还设置有开关，开关用于向控制器发出步进电机和加压装置工作指令。

上述方案中通过设置弹性材料，当探头伸出和收回的过程中，探头均可挤压弹性材料使弹性材料变形从而允许探头通过，同时探头和弹性材料在摩擦力的作用下实现弹性材料将探头表面上的水分擦除。

上述方案中虽然解决了在进行连续检测的过程中，检测结果容易受上一次检测结果的影响从而导致检测结果不准确的问题，但是上述方案还存在弹性材料不可吸水，因此无法持续起到将探头上的水分擦干的作用的问题。

发明内容

针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供一种土壤检测装置，解决弹性材料不可吸水，因此无法持续起到将探头上的水分擦干的作用问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种土壤检测装置，包括探管和探头，探管包括管体和固定在管体外周的螺旋片，所述管体的下部设置有进样孔，管体的侧壁上位于进样孔上下两侧的部分上分别开设有开口相对设置的第二凹槽和第一凹槽，第二凹槽和第一凹和内部滑动连接有同一个挡块，第二凹槽内部设置有弹簧，弹簧的一端固定在第二凹槽的顶部，弹簧的另一端固定在挡块上；当挡块部分位于第一凹槽内部的时候，挡块可将进样孔封堵，当挡块全部位于第二凹槽内部的时候，进样孔形成通孔；所述管体内部设置有缸体，缸体内部滑动连接有活塞，活塞在往复驱动机构的驱动下沿着缸体往复滑动，缸体上设置有单向进气阀与单向出气阀，单向进气阀与外界连通，单向出气阀与第二凹槽内部连通；所述管体的侧壁上固定有固定筒，固定筒的上端封闭，固定筒的上部与第二凹槽的顶部之间通过连通管连通，连通管内部设置有自动阀；固定筒的顶部同轴转动连接有涡轮，涡轮的壳体固定在固定筒的内侧壁上，涡轮的转轴上固定套设有扭簧，扭簧的一端固定在固定筒上，扭簧的另一端固定在转轴上；涡轮的转轴的下端固定有螺纹杆，螺纹杆上套设有滑块，滑块在水平方形上被限位，滑块上设置有与螺纹杆上的外螺纹相配合的内螺纹，当螺纹杆正转时，内外螺纹配合驱动滑块向下滑动，当螺纹杆反转时，内外螺纹配合驱动滑块向上滑动；滑块的下端固定有固定杆，所述探头固定在固定杆的下端。

本技术方案的技术原理为：

1.设置探管，探管的结构为现有的；

2.设置进样孔和第一凹槽以及第二凹槽，为了避免进样孔内部进入非指定深度的土壤，因此，本申请方案中，在进样孔还未到达指定深度时，通过第二凹槽内部的高压气体使挡块克服弹簧的拉力向下部分进入第一凹槽中，从而挡块将进样孔封堵；当进样孔到达指定深度后，将第二凹槽内部的气体排出，挡块在弹簧的作用力下复位，进样孔内允许土壤经过，从而方便土壤取样。

3.设置缸体，驱动机构驱动活塞往复滑动，缸体内部间歇性吸气和排气，缸体排出的气体储存在第二凹槽内部，用于驱动挡块向下运动将进样孔封堵。

4.设置固定筒，当进样孔到达指定深度后，打开自动阀，第二凹槽内部的气体瞬间在弹簧的弹力下被挤压进入固定筒内部，高速流动的气体驱动涡轮的转轴正转，扭簧蓄能，涡轮的转轴带动螺纹杆正转，螺纹杆驱动滑块向下滑动，滑块通过固定杆带动探头向下运动，同时固定筒内部排出的气体将探头吹干，避免探头上残留的水分影响检测结果，进样孔进入土壤样品的同时，探头可对土壤样品进行检测；第二凹槽内部完成排气后，涡轮的转轴在扭簧的作用下复位，涡轮的转轴带动螺纹杆反转，螺纹杆驱动滑块向上滑动，滑块通过固定杆带动探头收缩进入固定筒内部。取得的土壤样品储存在管体内部，关闭自动阀，缸体继续向第二凹槽内部排气，挡块再次将进样孔封堵，然后便可将本土壤检测装置取出。

本方案产生的有益效果是：与现有的土壤水分检测装置相比，现有的土壤水分检测装置通过探头和弹性材料在摩擦力的作用下实现弹性材料将探头表面上的水分擦除，弹性材料不可吸水，因此无法持续起到将探头上的水分擦干的作用，且弹性材无法将探头的外侧壁完全包裹，无法对探头进行全方位的擦拭，因此，检测结果仍然容易受到探头上残留水分的影响；且弹性材料反复摩擦探头容易造成探头的磨损；而本申请方案中，通过缸体吸气储存在第二凹槽中，在进样孔未到达指定深度的时候压缩气体驱动挡块将进样孔牢牢封堵；当进样孔达到指定深度后，第二凹槽内部的压缩空气排至固定筒内部，一方面，挡块在弹簧的作用力下被收纳进入第二凹槽中，可通过进样孔进行取样，另一方面，高速流动的气体进入固定筒内部驱动涡轮的转轴旋转，涡轮的转轴驱动滑块和探头向下伸长，探头向下伸长的过程中高速流动的气体将探头吹干，探头伸长后可对土壤样品进行检测，检测完毕后，涡轮的转轴在扭簧的作用力下复位，螺纹杆、滑块以及探头复位；本申请方案中探头不会因摩擦力而损伤，并且本申请方案中可确保探头被吹干，同时，本申请方案中可连续对土壤水分进行检测。

进一步，所述往复驱动机构包括固定在活塞上的活塞杆，活塞杆上远离活塞的一端通过连杆铰接有曲柄，曲柄、连杆、活塞杆以及活塞构成曲柄滑块机构。

曲柄滑块机构为常见的往复运动驱动机构。

进一步，所述单向进气阀通过进气管与外界连通。进气管的设置方便缸体内部进气。

进一步，所述固定筒的下端的口径收窄，所述固定筒的下端密封连接有固定板，固定板与外界连通，所述固定板上设置有沿竖直方向布置且与探头配合的通孔，通孔与探头同轴设置。

固定筒的下端的口径收窄，使固定筒的下端排出的气体的流速加快，将探头上的水分快速吹干，固定板的设置使固定筒排出的气体被固定板阻挡，避免气体携带着探头上的水分进入土壤中，影响土壤的水分的检测结果的准确性；通孔的设置，方便探头上下伸缩。

进一步，所述固定筒的内侧壁上固定有沿竖直方向布置的限位槽，所述滑块的侧壁上固定有与限位槽相配合的限位块，限位块卡入限位槽中并且可沿着限位槽上下滑动。

限位块与限位槽配合使滑块在水平方向上不可旋转，从而实现滑块在水平方向上被限位。

进一步，所述进样孔处转动连接有轴线沿竖直方向布置的圆柱凸轮，圆柱凸轮的外侧壁上固定有沿竖直方向布置的刮板；圆柱凸轮的外侧壁上设置有圆弧形凹槽，所述活塞杆贯穿活塞和缸体并且固定有与圆弧形凹槽配合的球形卡块，活塞杆与缸体滑动密封连接，球形卡块被限位在圆弧形凹槽中并且可沿着圆弧形凹槽滑动。

活塞杆往复滑动使球形卡块沿着圆弧形凹槽滑动，由于圆柱凸轮与进样孔转动连接，因此，球形卡块与圆弧形凹槽配合驱动圆柱凸轮周期性正转与反转，圆柱凸轮旋转带动刮板将进样口出的土壤样品刮至管体内部，方便取样。

附图说明

图1为整体结构图。

图2为图1中A部放大图。

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：管体10、进样孔11、第一凹槽12、挡块13、第二凹槽14、弹簧15、固定筒20、自动阀21、限位槽22、涡轮23、扭簧24、螺纹杆25、滑块26、限位块27、固定杆28、探头29、固定板30、通孔31、缸体40、活塞41、单向出气阀42、出气管421、单向进气阀43、进气管44、活塞杆45、延长杆451、球形卡块452、连杆46、曲柄47、圆柱凸轮48、圆弧形凹槽481、刮板482、槽型板49。

实施例基本如附图1-附图2所示：一种土壤检测装置，包括探管和探头29，探管包括管体10和固定在管体10外周的螺旋片。

管体10、螺旋片以及探头29的结构均为现有的。

如图1所示，管体10的外形为圆柱状，管体10的轴线沿竖直方向布置，管体10的右侧壁的下部设置有进样孔11，进样孔11沿水平方向布置，管体10的右侧壁上位于进样孔11上下两侧的部分上分别开设有第二凹槽14和第一凹槽12，第二凹槽14和第一凹槽12开口相对设置，第二凹槽14和第一凹和内部滑动连接有同一个挡块13，第二凹槽14内部设置有弹簧15，弹簧15的一端固定在第二凹槽14的顶部，弹簧15的另一端固定在挡块13上，弹簧15可沿竖直方向伸缩；当挡块13部分位于第一凹槽12内部的时候，挡块13可将进样孔11封堵，当挡块13全部位于第二凹槽14内部的时候，进样孔11形成通孔。

当进样孔11还未到达指定深度的过程中以及将管体10取出的过程中，通过外力使挡块13部分位于第一凹槽12中，挡块13将进样孔11封堵，土壤无法经进样孔11进入管体10内部，从而可以避免非指定深度的土壤进入管体10中；当进样孔11到达指定深度后，外力消失，挡块13在弹簧15的拉力作用下全部位于第二凹槽14中，进样孔11形成通孔，从而进样孔11允许土壤通过，从而可以取指定深度的土壤样品进行含水量的检测。

如图1所示，管体10内部固定有缸体40，缸体40的轴线沿水平方向布置，缸体40内部滑动密封连接有活塞41，活塞41上的左端固定有活塞杆45，活塞杆45的左端通过连杆46铰接有曲柄47，曲柄47、连杆46、活塞杆45以及活塞41构成曲柄滑块机构。曲柄滑块机构为常见的往复运动驱动机构，活塞41在曲柄滑块机构的驱动下左右往复滑动。

如图1所示，缸体40的右端设置有单向进气阀43与单向出气阀42，单向进气阀43通过进气管44与管体10上方的外界连通，单向出气阀42通过出气管421与第二凹槽14顶部连通；管体10的侧壁上固定有固定筒20，固定筒20位于进样孔11的上方，固定筒20的上端封闭，固定筒20的上部与第二凹槽14的顶部之间通过连通管连通，连通管内部设置有自动阀21，自动阀21电性连接有自动阀开关，按下自动阀开关，自动阀21关闭，再按一下自动阀开关，自动阀21打开；自动阀开关固定在管体10的顶部。

活塞41向右滑动的过程中，缸体40内部产生正压，单向进气阀43关闭，单向出气阀42打开，缸体40内部排气；活塞41向左滑动的过程中，缸体40内部产生负压，单向进气阀43打开，单向出气阀42关闭，缸体40内部吸气；活塞41在缸体40内部左右滑动使缸体40间歇性吸气和排气。缸体40排出的气体储存在第二凹槽14内部，气体在第二凹槽14内部被压缩形成压缩空气，压缩空气驱动挡块13克服弹簧15的拉力向下运动，挡块13部分进入第一凹槽12中，挡块13可将进样孔11封堵。按下自动阀开关，自动阀21打开，第二凹槽14内部的气体瞬间在弹簧15的弹力下被挤压进入固定筒20内部，挡块13在弹簧15的拉力下向下运动至上方的极限位置，进样孔11形成通孔，进样孔11允许土壤进入管体10内部。

如图1所示，固定筒20的外形为圆柱状，固定筒20的轴线沿竖直方向布置，固定筒20的下端的口径收窄，固定筒20的顶部同轴转动连接有涡轮23，涡轮23的壳体固定在固定筒20的内侧壁上，涡轮23的转轴上固定套设有扭簧24，扭簧24的一端固定在固定筒20的顶部，扭簧24的另一端固定在涡轮23的转轴上；涡轮23的转轴的下端同轴固定有螺纹杆25，螺纹杆25上套设有滑块26，滑块26上设置有与螺纹杆25上的外螺纹相配合的内螺纹，当螺纹杆25正转时，内外螺纹配合驱动滑块26向下滑动，当螺纹杆25反转时，内外螺纹配合驱动滑块26向上滑动；滑块26上设置有将滑块26上下两端连通的通气孔；固定筒20的左内侧壁上固定有沿竖直方向布置的限位槽22，滑块26的左侧壁上固定有与限位槽22相配合的限位块27，限位块27卡入限位槽22中并且可沿着限位槽22上下滑动；滑块26的下端固定连接有固定杆28，探头29固定在固定杆28的下端。

限位块27与限位槽22配合使滑块26在水平方向上不可旋转，从而实现滑块26在水平方向上被限位。当高速流动的气体进入固定筒20内部后，高度流动的气体驱动涡轮23的转轴正转，涡轮23的转轴带动螺纹杆25正转，扭簧24蓄能，螺纹杆25驱动滑块26向下滑动，滑块26通过固定杆28带动探头29向下运动，滑块26上方的气体通过通气孔排至滑块26的下方，固定筒20内部排出的气体将探头29吹干，避免探头29上残留的水分影响检测结果。固定筒20内部完成排气后，涡轮23的转轴在扭簧24的作用力下复位，涡轮23的转轴带动螺纹杆25反转，螺纹杆25驱动滑块26向上滑动，滑块26通过固定杆28带动探头29收缩进入固定筒20内部。固定筒20的下端的口径收窄，使固定筒20的下端排出的气体的流速加快，将探头29上的水分快速吹干。

本实施例中为了避免固定筒20排出的气体影响进样孔11附近的土壤的检测结果，如图1所示，管体10的右侧壁上位于固定筒20与进样孔11之间的部分上的固定有固定板30，固定板30沿水平方向布置，固定板30上设置有沿竖直方向布置且与探头29配合的通孔31，通孔31与探头29同轴设置。

固定板30的设置使固定筒20排出的气体向上排出，避免气体携带着探头29上的水分进入进样孔11处的土壤样品中，影响进样孔处的土壤的水分的检测结果的准确性；固定板30上通孔31的设置，方便探头29上下伸缩。

本实施例中为了方便进样孔11进样，如图1和图2所示，进样孔11处转动连接有轴线沿竖直方向布置的圆柱凸轮48，圆柱凸轮48的外侧壁上固定有沿竖直方向布置的长方形板状的刮板482；圆柱凸轮48的外侧壁上设置有圆弧形凹槽481，活塞杆45的右端贯穿活塞41和缸体40并且通过延长杆451固定有球形卡块452，活塞杆45与缸体40滑动密封连接，球形卡块452与圆弧形凹槽481配合，球形卡块452被限位在圆弧形凹槽481中并且可沿着圆弧形凹槽481滑动。

活塞杆45往复滑动使球形卡块452沿着圆弧形凹槽481滑动，由于圆柱凸轮48与进样孔11转动连接，因此，球形卡块452与圆弧形凹槽481配合驱动圆柱凸轮48周期性正转与反转，圆柱凸轮48旋转带动刮板482将进样口11处的土壤样品刮至管体10内部，方便取样。

本实施例中为了方便探头29的检测，如图1所示，管体10的右侧壁上位于圆柱凸轮48下方的部分上固定有横截面为“U”型的槽型板49，槽型板49沿水平方向布置，刮板482将土壤刮至槽型板49中，方便探头29对土壤样品进行检测。

具体实施过程如下：

打开曲柄47的开关，曲柄滑块机构驱动活塞41左右往复滑动，缸体40间歇性吸气和排气，缸体40排出的气体进入第二凹槽14中驱动挡块13向下运动至挡块13部分位于第一凹槽12中，挡块13将进样孔11封堵，第二凹槽14内部形成压缩空气，然后使管体10向下运动，当进样孔11到达指定深度后，按下自动阀开关，自动阀开关，挡块13在弹簧15的作用力下快速向上运动，进样孔11形成通孔，土壤样品进入进样孔11中；活塞杆45左右往复滑动驱动圆柱凸轮48旋转，圆柱凸轮48带动刮板482旋转，辅助进样孔11进样，取得的土壤样品堆积在槽型板49中；同时，高度流动的气体进入固定筒20内部驱动涡轮23的转轴正转，涡轮23的转轴带动螺纹杆25正转，扭簧24蓄能，螺纹杆25驱动滑块26向下滑动，滑块26通过固定杆28带动探头29向下运动，滑块26上方的气体通过通气孔排至滑块26的下方，固定筒20内部排出的气体将探头29吹干，避免探头29上残留的水分影响检测结果。固定筒20内部完成排气后，涡轮23的转轴在扭簧24的作用下复位，涡轮23的转轴带动螺纹杆25反转，螺纹杆25驱动滑块26向上滑动，滑块26通过固定杆28带动探头29收缩进入固定筒20内部。

取得的土壤样品储存在管体10内部，按下自动阀开关，自动阀21关闭，缸体40继续向第二凹槽14内部排气，挡块13再次将进样孔11封堵，然后便可将本土壤检测装置取出。将土壤样品倒出后便可再次进行检测。若无需取样只需测定不同深度的土壤的水分的含量，则无需将本土壤检测装置取出，直接使进样孔11达到指定深度后，同理，再次进行检测，实现土壤湿度的连续检测。

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专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种土壤检测装置，包括探管和探头，探管包括管体和固定在管体外周的螺旋片，其特征在于：所述管体的下部设置有进样孔，管体的侧壁上位于进样孔上下两侧的部分上分别开设有开口相对设置的第二凹槽和第一凹槽，第二凹槽和第一凹和内部滑动连接有同一个挡块，第二凹槽内部设置有弹簧，弹簧的一端固定在第二凹槽的顶部，弹簧的另一端固定在挡块上；当挡块部分位于第一凹槽内部的时候，挡块可将进样孔封堵，当挡块全部位于第二凹槽内部的时候，进样孔形成通孔；所述管体内部设置有缸体，缸体内部滑动连接有活塞，活塞在往复驱动机构的驱动下沿着缸体往复滑动，缸体上设置有单向进气阀与单向出气阀，单向进气阀与外界连通，单向出气阀与第二凹槽内部连通；所述管体的侧壁上固定有固定筒，固定筒的上端封闭，固定筒的上部与第二凹槽的顶部之间通过连通管连通，连通管内部设置有自动阀；固定筒的顶部同轴转动连接有涡轮，涡轮的壳体固定在固定筒的内侧壁上，涡轮的转轴上固定套设有扭簧，扭簧的一端固定在固定筒上，扭簧的另一端固定在转轴上；涡轮的转轴的下端固定有螺纹杆，螺纹杆上套设有滑块，滑块在水平方形上被限位，滑块上设置有与螺纹杆上的外螺纹相配合的内螺纹，当螺纹杆正转时，内外螺纹配合驱动滑块向下滑动，当螺纹杆反转时，内外螺纹配合驱动滑块向上滑动；滑块的下端固定有固定杆，所述探头固定在固定杆的下端。

2.根据权利要求1所述的一种土壤检测装置，其特征在于：所述往复驱动机构包括固定在活塞上的活塞杆，活塞杆上远离活塞的一端通过连杆铰接有曲柄，曲柄、连杆、活塞杆以及活塞构成曲柄滑块机构。

3.根据权利要求1所述的一种土壤检测装置，其特征在于：所述单向进气阀通过进气管与外界连通。

4.根据权利要求1所述的一种土壤检测装置，其特征在于：所述固定筒的下端的口径收窄，所述固定筒的下端密封连接有固定板，固定板与外界连通，所述固定板上设置有沿竖直方向布置且与探头配合的通孔，通孔与探头同轴设置。

5.根据权利要求1所述的一种土壤检测装置，其特征在于：所述固定筒的内侧壁上固定有沿竖直方向布置的限位槽，所述滑块的侧壁上固定有与限位槽相配合的限位块，限位块卡入限位槽中并且可沿着限位槽上下滑动。

6.根据权利要求1所述的一种土壤检测装置，其特征在于：所述进样孔处转动连接有轴线沿竖直方向布置的圆柱凸轮，圆柱凸轮的外侧壁上固定有沿竖直方向布置的刮板；圆柱凸轮的外侧壁上设置有圆弧形凹槽，所述活塞杆贯穿活塞和缸体并且固定有与圆弧形凹槽配合的球形卡块，活塞杆与缸体滑动密封连接，球形卡块被限位在圆弧形凹槽中并且可沿着圆弧形凹槽滑动。

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