CN112780269B - 一种钻探式深层土壤呼吸测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钻探式深层土壤呼吸测量装置及其测量方法，包括外壳，外壳的底部设有第一升降机构，外壳内设有第二升降机构，第二升降机构上设有取土测量机构；本发明在测量过程中无需取出土样，极大地降低了对土层的扰动，提高了测量精度，同时不会使得测量土样释放的co2随取土组件复位导入大气。
Description
技术领域
本发明涉及土壤呼吸检测设备技术领域，特别是涉及一种钻探式深层土壤呼吸测量装置及其测量方法。
背景技术
目前的土壤呼吸测量装置主要通过取土组件取出土样并通过CO2检测仪进行检测分析，对于深层土壤的取样而言，其不同于对表层土壤取样那么便捷，需要通过挖掘、钻探等方式取出深层土样进行呼吸监测，但通过挖掘深层土壤进行取样的方式会大幅度破坏土层，产生较大的扰动，不利于呼吸监测，同时现有的钻探取样方式多为采取绞笼、导料螺杆等结构进行取土，土样沿导料螺杆螺旋上升，产生扰动也很大，同样不利于呼吸监测，不仅如此，当测量完毕后，测量设备内会存积土样释放的CO2，现有技术中并未在测量完毕后对剩余CO2进行后续处理，导致其排入大气。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻探式深层土壤呼吸测量装置及其测量方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钻探式深层土壤呼吸测量装置，包括外壳，所述外壳的底部设有第一升降机构，所述外壳内设有第二升降机构，所述第二升降机构上设有取土测量机构；
所述取土测量机构包括第一筒体，所述第一筒体的底部转动连接有锥形壳，所述锥形壳的尖端朝下，所述锥形壳尖端的边缘处周向固定有钻探齿，所述锥形壳的内腔与所述第一筒体的内腔连通，所述第一筒体内活动连接有测量组件；
所述测量组件包括第二筒体，所述第二筒体的底端固定有弧形头，所述弧形头的底端固定有具有尖端的导向件，所述导向件的尖端朝下；
所述第二筒体外侧竖向依次设有若干间隔排列的测量部，所述测量部包括两个检测探头和一个锥形套，所述锥形套套接在所述第二筒体外侧，且所述锥形套尖端朝下，两个所述检测探头分别固定在所述第二筒体的两侧，且所述检测探头位于所述锥形套的顶部，所述检测探头信号连接有CO2检测仪，所述第二筒体的侧壁上设有若干排放部，所述第二筒体的内腔填充有碱液；
所述第二筒体的外侧套设有第三筒体，所述第三筒体与所述第一筒体之间固定有若干弹簧，所述第一筒体两侧相对的内侧壁上对称固定有振动电机，所述振动电机的工作面与所述第三筒体的外侧壁接触连接。
优选的，所述外壳的开口朝下，所述外壳的开口处固定有底板，所述底板的中心位置开设有导向孔，所述锥形壳与所述导向孔上下对应设置，所述第一升降机构包括分别固定在所述底板四角处的升降柱。
优选的，所述第二升降机构包括两个对称设置的丝杠组件，所述第一筒体位于两个所述丝杠组件之间，所述丝杠组件包括丝杠，所述丝杠设置在所述外壳的内侧壁上，所述丝杠的顶端固定有第一电机的输出轴，所述丝杠的底端轴接有轴座，所述丝杠上滑动连接有螺母，所述螺母与所述第一筒体之间固定有固定杆。
优选的，所述丝杠与所述第一筒体之间竖向设有导向柱，所述导向柱固定在所述外壳内侧的顶壁和底壁之间，所述导向柱内竖向开设有导向槽，所述导向槽贯穿所述导向柱的两侧，所述固定杆滑动连接在所述导向槽内，所述导向槽的槽壁上固定有橡胶贴，所述固定杆位于所述导向槽的部分固定有所述橡胶贴，所述橡胶贴之间接触连接。
优选的，任意一个所述外壳侧壁的底部位置贯穿开设有进风口，与所述进风口相对的所述外壳的侧壁上贯穿开设有出风口，所述出风口的高度高于所述进风口的高度。
优选的，所述外壳内侧的顶壁上固定有气缸，所述气缸的活塞端固定有连接杆，所述连接杆贯穿所述第一筒体的顶壁并固定在所述第二筒体的顶壁上，所述第一筒体的顶壁连通有气管。
优选的，所述第三筒体的底口处通过连接件套接有防护套的顶口端，所述防护套的底口端通过连接件套接在所述第一筒体的内侧壁上。
优选的，所述防护套的底部设有横梁，所述横梁架设在所述第一筒体的内腔，所述横梁的底端固定有第二电机，所述第二电机的输出轴固接有支撑杆，所述支撑杆平行于所述横梁，所述支撑杆的外侧套接有转动套，所述第一筒体通过转动套转动连接有转动平台，所述锥形壳固定在所述转动平台的底端，所述转动平台的中心贯穿开设有用于连通所述锥形壳与第一筒体的中心孔，所述转动平台由导热材料制成，所述转动平台与所述锥形壳的连接处设有半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端与所述锥形壳接触连接。
一种钻探式深层土壤呼吸测量方法，其具体步骤为：
a.确定土层测量部位，在土层测量部位处设置外壳，采用第一升降机构将外壳架起；
b.钻探，通过第二升降机构带动锥形壳竖向移动，利用钻探齿深入土层，收集土样，钻探过程中土样堆积在第一筒体内形成柱状，并沿导向件继续向第一筒体内延伸，覆盖检测探头；
c.呼吸测量，检测探头对土样进行呼吸测量，将测量结果反馈至CO2检测仪；
d.测量完毕后，开启排放部，利用排放部实现第二筒体与第一筒体之间形成气体交换，使得碱液与土样中的CO2反应，去除CO2，防止测量后排放CO2；
e.取出第二筒体对检测探头进行清洁检修，提取第二筒体过程中，利用振动电机带动第三筒体振动，松动土样，便于提取，清洁检修完毕后待下次使用。
本发明公开了以下技术效果：由第一升降机构调整外壳位置，并使得外壳位于土层测量部位，第二升降机构带动锥形壳向下移动，同时锥形壳转动带动钻探齿由上而下钻入土层，这样使得整个取土测量机构完全进入土层进行测量，达到预定深度后，在第一筒体内堆积的土样呈柱状，而后使得第二筒体向下伸入，由导向件作用下能够使得第二筒体由土柱中心破开伸入，第二筒体上的锥形套一方面便于第二筒体向土柱内导入，另一方面能够对检测探头起到保护作用，第二筒体达到深层土壤后，静置，土样覆盖检测探头，即可通过检测探头对土样进行呼吸监测，该钻探导入过程无需取出土样，在土层内即可进行监测，同时整体植入过程对土层的扰动小，监测完毕后，对于取土组件内积存的土壤释放的CO2进行后续处理，排放部开启，使得第二筒体与第一筒体之间实现气体流通，在碱液的作用下能够与CO2进行反应，进而防止CO2随取土组件脱离土层进入大气，在第二筒体复位过程中，开启振动电机带动第三筒体抖动，能够使第一筒体内的土层松动，便于取出第二筒体，降低取出过程中对土层的扰动。本发明在测量过程中无需取出土样，极大地降低了对土层的扰动，提高了测量精度，同时不会使得测量土样释放的CO2随取土组件复位导入大气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A的局部放大图；
图3为图1中B的局部放大图；
图4为图1中C的局部放大图；
图5为本发明导向柱的侧视图；
其中，1为外壳，2为第一筒体，3为锥形壳，4为钻探齿，5为第二筒体，6为弧形头，7为导向件，8为检测探头，9为锥形套，10为CO2检测仪，11为碱液，12为第三筒体，13为弹簧，14为振动电机，15为吊耳，16为底板，17为导向孔，18为升降柱，19为地脚螺栓，20为丝杠，21为第一电机，22为轴座，23为螺母，24为固定杆，25为导向柱，26为导向槽，27为橡胶贴，28为角度传感器，29为进风口，30为出风口，31为引风组件，32为气缸，33为连接杆，34为气管，35为防护套，36为横梁，37为第二电机，38为支撑杆，39为转动套，40为转动平台，41为半导体制冷片，42为网罩，43为过滤层，44为防水透气膜，45为电磁阀。
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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-5，本发明提供一种钻探式深层土壤呼吸测量装置，包括外壳1，所述外壳1的底部设有第一升降机构，所述外壳1内设有第二升降机构，所述第二升降机构上设有取土测量机构；
所述取土测量机构包括第一筒体2，所述第一筒体2的底部转动连接有锥形壳3，所述锥形壳3的尖端朝下，所述锥形壳3尖端的边缘处周向固定有钻探齿4，所述锥形壳3的内腔与所述第一筒体2的内腔连通，所述第一筒体2内活动连接有测量组件，锥形壳3转动，通过第二升降机构带动第一筒体2向下移动，利用钻探齿4即可进行钻探作业，将第一筒体2深入土壤；
所述测量组件包括第二筒体5，所述第二筒体5的底端固定有弧形头6，所述弧形头6的底端固定有具有尖端的导向件7，所述导向件7的尖端朝下，当第一筒体2确定位置后，第二筒体5向下深入，导向件7破开土柱中心，辅助第二筒体5伸入至土柱内；
所述第二筒体5外侧竖向依次设有若干间隔排列的测量部，所述测量部包括两个检测探头8和一个锥形套9，所述锥形套9套接在所述第二筒体5外侧，且所述锥形套9尖端朝下，两个所述检测探头8分别固定在所述第二筒体5的两侧，且所述检测探头8位于所述锥形套9的顶部，所述检测探头8信号连接有CO2检测仪10，所述第二筒体5的侧壁上设有若干排放部，所述第二筒体5的内腔填充有碱液11，碱液11优选为NaOH溶液，锥形套9一方面便于在第二筒体5伸入时起到导向作用，另一方面其能够遮挡住检测探头8，使得钻探过程不会损伤检测探头8；
排放部包括设置在第二筒体5上的网罩42，网罩42用于阻挡土壤，由网罩42向内延伸依次设有过滤层43、防水透气膜44和电磁阀45，过滤层43防止小颗粒杂质通过，防水透气膜44能够阻挡碱液11排出，同时实现内外空气流通，通过开闭电磁阀45可控制排放部使用状态。
所述第二筒体5的外侧套设有第三筒体12，所述第三筒体12的长度大于所述第二筒体5的长度，所述第三筒体12与所述第一筒体2之间固定有若干弹簧13，所述第一筒体2两侧相对的内侧壁上对称固定有振动电机14，所述振动电机14的工作面与所述第三筒体12的外侧壁接触连接，需要取出第二筒体5时，首先开启振动电机14带动第三筒体12振动，使得第三筒体12内的土壤松动，进而能够便于取出第二筒体5，尽可能不破坏土层。
进一步优化方案，所述外壳1的两侧分别固定有对称设置的吊耳15，通过设置的吊耳15便于整体装置吊装移动，所述外壳1的开口朝下，所述外壳1的开口处固定有底板16，所述底板16的中心位置开设有导向孔17，所述锥形壳3与所述导向孔17上下对应设置，所述锥形壳3与所述导向孔17相适配，所述第一升降机构包括分别固定在所述底板16四角处的升降柱18，所述升降柱18的底端固定有地脚螺栓19，整体装置移动至土层测量部位处，采用地脚螺栓19将整体装置平稳固定在地面上，通过升降柱18调整外壳1高度，导向孔17正对土层测量部位，取土组件由导向孔17伸出。
进一步优化方案，所述第二升降机构包括两个对称设置的丝杠组件，所述第一筒体2位于两个所述丝杠组件之间，所述丝杠组件包括丝杠20，所述丝杠20设置在所述外壳1的内侧壁上，所述丝杠20的顶端固定有第一电机21的输出轴，所述丝杠20的底端轴接有轴座22，所述丝杠20上滑动连接有螺母23，所述螺母23与所述第一筒体2之间固定有固定杆24，通过丝杠组件作为动力源带动第一筒体2上下竖向移动。
进一步优化方案，所述丝杠20与所述第一筒体2之间竖向设有导向柱25，所述导向柱25固定在所述外壳1内侧的顶壁和底壁之间，所述导向柱25内竖向开设有导向槽26，所述导向槽26贯穿所述导向柱25的两侧，导向槽26能够防止出现位移偏差，所述固定杆24滑动连接在所述导向槽26内，所述导向槽26的槽壁上固定有橡胶贴27，所述固定杆24位于所述导向槽26的部分固定有所述橡胶贴27，所述橡胶贴27之间接触连接，通过橡胶贴27的设置实现固定杆24与导向槽26之间紧密接触滑动，所述固定杆24上水平设置有角度传感器28，角度传感器28用于检测固定杆24是否处于水平状态，若受应力使得固定杆24，即可立即停止装置运行。
进一步优化方案，任意一个所述外壳1侧壁的底部位置贯穿开设有进风口29，与所述进风口29相对的所述外壳1的侧壁上贯穿开设有出风口30，所述出风口30的高度高于所述进风口29的高度，所述进风口29和出风口30内均设有引风组件31，便于外壳1内通风，便于外壳1内的热量排出。
进一步优化方案，所述外壳1内侧的顶壁上固定有气缸32，所述气缸32的活塞端固定有连接杆33，所述连接杆33贯穿所述第一筒体2的顶壁并固定在所述第二筒体5的顶壁上，气缸32作为动力源，能够带动第二筒体5直线移动，所述第一筒体2的顶壁连通有气管34，在外壳1内部空气流动的作用下，气管34能够将第一筒体2内的热量排出。
进一步优化方案，所述第三筒体12的底口处通过连接件套接有防护套35的顶口端，所述防护套35的底口端通过连接件套接在所述第一筒体2的内侧壁上，所述防护套35由尼龙纤维制成，防护套35起到密封作用，防止土壤进入到第三筒体12与第一筒体2之间的间隙位置，同时尼龙纤维制成的防护套35抗拉强度以及防撕裂性较好，防止土壤将其挤坏。
进一步优化方案，所述防护套35的底部设有横梁36，所述横梁36架设在所述第一筒体2的内腔，所述横梁36的底端固定有第二电机37，所述第二电机37的输出轴固接有支撑杆38，所述支撑杆38平行于所述横梁36，所述支撑杆38的外侧套接有转动套39，所述第一筒体2通过转动套39转动连接有转动平台40，所述锥形壳3固定在所述转动平台40的底端，所述转动平台40的中心贯穿开设有用于连通所述锥形壳3与第一筒体2的中心孔，所述转动平台40由导热材料制成，所述转动平台40与所述锥形壳3的连接处设有半导体制冷片41，所述半导体制冷片41的冷端与所述锥形壳3接触连接。通过第二电机37带动转动套39旋转，使得转动平台40带动锥形壳3旋转，即可开始钻探作业，钻探过程中由于摩擦影响，锥形壳3升温，此时利用半导体制冷片41的冷端即可对锥形壳3进行冷却，排热过程中，利用转动平台40的导热性能将热量向上传导，由气管34随循环空气排出，防止钻探过程中的局部过热现象。
进一步优化方案，所述导向件7的侧面设置为曲面，所述导向件7的侧面与所述弧形头6的侧面之间通过圆角过渡，此设置便于将第二筒体5导入土柱。
一种钻探式深层土壤呼吸测量方法，其具体步骤为：
a.确定土层测量部位，在土层测量部位处设置外壳1，采用第一升降机构将外壳1架起；
b.钻探，通过第二升降机构带动锥形壳3竖向移动，利用钻探齿4深入土层，收集土样，钻探过程中土样堆积在第一筒体2内形成柱状，并沿导向件7继续向第一筒体2内延伸，覆盖检测探头8；
c.呼吸测量，检测探头8对土样进行呼吸测量，将测量结果反馈至CO2检测仪10；
d.测量完毕后，开启排放部，利用排放部实现第二筒体5与第一筒体2之间形成气体交换，使得碱液与土样中的CO2反应，去除CO2，防止测量后排放CO2；
e.取出第二筒体5对检测探头8进行清洁检修，提取第二筒体5过程中，利用振动电机14带动第三筒体12振动，松动土样，便于提取，清洁检修完毕后待下次使用。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种钻探式深层土壤呼吸测量装置，其特征在于：包括外壳(1)，所述外壳(1)的底部设有第一升降机构，所述外壳(1)内设有第二升降机构，所述第二升降机构上设有取土测量机构；
所述取土测量机构包括第一筒体(2)，所述第一筒体(2)的底部转动连接有锥形壳(3)，所述锥形壳(3)的尖端朝下，所述锥形壳(3)尖端的边缘处周向固定有钻探齿(4)，所述锥形壳(3)的内腔与所述第一筒体(2)的内腔连通，所述第一筒体(2)内活动连接有测量组件；
所述测量组件包括第二筒体(5)，所述第二筒体(5)的底端固定有弧形头(6)，所述弧形头(6)的底端固定有具有尖端的导向件(7)，所述导向件(7)的尖端朝下；
所述第二筒体(5)外侧竖向依次设有若干间隔排列的测量部，所述测量部包括两个检测探头(8)和一个锥形套(9)，所述锥形套(9)套接在所述第二筒体(5)外侧，且所述锥形套(9)尖端朝下，两个所述检测探头(8)分别固定在所述第二筒体(5)的两侧，且所述检测探头(8)位于所述锥形套(9)的顶部，所述检测探头(8)信号连接有CO2检测仪(10)，所述第二筒体(5)的侧壁上设有若干排放部，所述第二筒体(5)的内腔填充有碱液(11)；
所述第二筒体(5)的外侧套设有第三筒体(12)，所述第三筒体(12)与所述第一筒体(2)之间固定有若干弹簧(13)，所述第一筒体(2)两侧相对的内侧壁上对称固定有振动电机(14)，所述振动电机(14)的工作面与所述第三筒体(12)的外侧壁接触连接；
所述外壳(1)的开口朝下，所述外壳(1)的开口处固定有底板(16)，所述底板(16)的中心位置开设有导向孔(17)，所述锥形壳(3)与所述导向孔(17)上下对应设置，所述第一升降机构包括分别固定在所述底板(16)四角处的升降柱(18)；
所述第二升降机构包括两个对称设置的丝杠组件，所述第一筒体(2)位于两个所述丝杠组件之间，所述丝杠组件包括丝杠(20)，所述丝杠(20)设置在所述外壳(1)的内侧壁上，所述丝杠(20)的顶端固定有第一电机(21)的输出轴，所述丝杠(20)的底端轴接有轴座(22)，所述丝杠(20)上滑动连接有螺母(23)，所述螺母(23)与所述第一筒体(2)之间固定有固定杆(24)；
所述丝杠(20)与所述第一筒体(2)之间竖向设有导向柱(25)，所述导向柱(25)固定在所述外壳(1)内侧的顶壁和底壁之间，所述导向柱(25)内竖向开设有导向槽(26)，所述导向槽(26)贯穿所述导向柱(25)的两侧，所述固定杆(24)滑动连接在所述导向槽(26)内，所述导向槽(26)的槽壁上固定有橡胶贴(27)，所述固定杆(24)位于所述导向槽(26)的部分固定有所述橡胶贴(27)，所述橡胶贴(27)之间接触连接；
所述第三筒体(12)的底口处通过连接件套接在防护套(35)的顶口端，所述防护套(35)的底口端通过连接件套接在所述第一筒体(2)的内侧壁上；
所述防护套(35)的底部设有横梁(36)，所述横梁(36)架设在所述第一筒体(2)的内腔，所述横梁(36)的底端固定有第二电机(37)，所述第二电机(37)的输出轴固接有支撑杆(38)，所述支撑杆(38)平行于所述横梁(36)，所述支撑杆(38)的外侧套接有转动套(39)，所述第一筒体(2)通过转动套(39)转动连接有转动平台(40)，所述锥形壳(3)固定在所述转动平台(40)的底端，所述转动平台(40)的中心贯穿开设有用于连通所述锥形壳(3)与第一筒体(2)的中心孔，所述转动平台(40)由导热材料制成，所述转动平台(40)与所述锥形壳(3)的连接处设有半导体制冷片(41)，所述半导体制冷片(41)的冷端与所述锥形壳(3)接触连接；
所述排放部包括设置在所述第二筒体（5）上的网罩（42），由所述网罩（42）向内延伸依次设有过滤层（43）、防水透气膜（44）和电磁阀（45）。
2.根据权利要求1所述的钻探式深层土壤呼吸测量装置，其特征在于：所述外壳(1)的任意一个侧壁的底部位置贯穿开设有进风口(29)，与所述进风口(29)相对的所述外壳(1)的侧壁上贯穿开设有出风口(30)，所述出风口(30)的高度高于所述进风口(29)的高度。
3.根据权利要求1所述的钻探式深层土壤呼吸测量装置，其特征在于：所述外壳(1)内侧的顶壁上固定有气缸(32)，所述气缸(32)的活塞端固定有连接杆(33)，所述连接杆(33)贯穿所述第一筒体(2)的顶壁并固定在所述第二筒体(5)的顶壁上，所述第一筒体(2)的顶壁连通有气管(34)。
4.一种钻探式深层土壤呼吸测量方法，基于权利要求1-3所述的钻探式深层土壤呼吸测量装置，其具体步骤为：
a.确定土层测量部位，在土层测量部位处设置外壳(1)，采用第一升降机构将外壳(1)架起；
b.钻探，通过第二升降机构带动锥形壳(3)竖向移动，利用钻探齿(4)深入土层，收集土样，钻探过程中土样堆积在第一筒体(2)内形成柱状，并沿导向件(7)继续向第一筒体(2)内延伸，覆盖检测探头(8)；
c.呼吸测量，检测探头(8)对土样进行呼吸测量，将测量结果反馈至CO2检测仪(10)；
d.测量完毕后，开启排放部，利用排放部实现第二筒体(5)与第一筒体(2)之间形成气体交换，使得碱液与土样中的CO2反应，去除CO2，防止测量后排放CO2；
e.取出第二筒体(5)对检测探头(8)进行清洁检修，提取第二筒体(5)过程中，利用振动电机(14)带动第三筒体(12)振动，松动土样，便于提取，清洁检修完毕后待下次使用。
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