CN113405836B - 一种套管驱动封闭齿式定范围取样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，所述取样器包括中空的外套管、可移动地设于外套管内的内套管组件、支撑架、进动手柄和开合手柄，所述支撑架设于外套管和内套管组件外，所述外套管和支撑架相固接，所述进动手柄和支撑架相固接，所述内套管组件和支撑架活动连接，所述开合手柄和内套管组件相固接，所述内套管组件的底部可拆卸设有呈瓣型的封闭齿，当封闭齿位于外套管内时，所述封闭齿呈合拢状态，当封闭齿伸出到外套管外时，所述封闭齿呈打开状态。与现有技术相比，本发明能精准控制取样深度与样品量，能有效避免取样过程中引入的二次污染问题，确保易挥发成分不流失，具有野外便携式使用的优势。

Description

一种套管驱动封闭齿式定范围取样器

技术领域

本发明涉及土壤取样装置，具体涉及一种套管驱动封闭齿式定范围取样器。

背景技术

为了保障经济的快速发展，我国长期对土壤进行不合理利用，使得人口-资源-环境之间的矛盾日趋尖锐，土壤质量问题正在逐渐受到世界范围内的共同关注。土壤资源是一种十分脆弱的资源，对食品安全、人体健康安全乃至环境安全具有重要意义，要想实现农业的稳定增长、建设用地的安全合理利用、生态环境的持续发展，必须重新认识土壤在环境中的重要作用，注重土壤质量与环境间的相互关系。

在生态学、土壤学与环境保护等领域，均需要采集不同深度的原状土进行分析，测试获取土壤的理化参数、化学成分、肥力效果等信息，以便对土壤污染、土壤施肥、一般土壤监测、背景风险评估作出合理化和科学化的指导与评价。标准化与规范化的样品采集方式是保证客观评价土壤的前提条件，也是实验室分析数据的基础。

土壤样品的采集目前主要有机械采集和手工采集两种，其中机械采集主要通过钻井设备进行采样，具有采样速度快与体力劳动小等优点，但是机械设备一般体积较大、价格昂贵，且对场地要求较高，不适用于空间狭小区域。手工采集具有便携性、适用性强等优势，能弥补机械采集的不足。但是现有手工采集取样器大多比较简单，取样步骤繁琐，劳动强度大，同时对土壤样品破坏较大，难以保持特定深度土壤样品的原始形貌。

申请号为201810290344.9的中国发明专利公开了一种手动式旋转土壤采样器，该采样器由钻杆、旋转手柄、采样筒组成，通过旋转手柄手动驱动采样筒向下采样，该发明虽然结构较为简单，可以初步用于土壤采样。但是该采样器无套管跟进，样品易受污染。除此之外，该采样器无法精准控制采样深度和样品量，采样器底端无法封闭，出样存在一定难度。还不能完全满足生态学、土壤学和环境保护领域对土壤采样的需求。

专利CN212275282U公开了一种土壤快速钻入取样装置，包括支撑架、外套管、内取样管和开合叶片，支撑架包括支撑台和支撑腿，支撑腿设置于支撑台四周，支撑台中部设有螺纹孔，外套管设有上大下小的截头圆锥段和圆柱段，圆柱段的外表面设有与螺纹孔配合自攻螺纹，外套管的顶部固定连接有横向的转杆，截头圆锥段设置于圆柱段的底部，截头圆锥段设有竖直圆柱孔，竖直圆柱孔的孔径小于圆柱段的内径，截头圆锥段与圆柱段连接位置形成环形台，开合叶片转动连接于环形台上，内取样管设置于圆柱段内并以限定的角度转动，内取样管在圆柱段内转动时拨动开合叶片合拢或张开。该取样装置采用内取样管进行破土切割和取样，容易对内取样管造成损伤，而且该取样无法对采样深度和样品量进行精确定量控制。

发明内容

本发明的目的就是提供一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，该取样器能精准控制取样深度与样品量，能有效避免取样过程中引入的二次污染问题，确保易挥发成分不流失，具有野外便携式使用的优势。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，所述取样器包括中空的外套管、可移动地设于外套管内的内套管组件、支撑架、进动手柄和开合手柄，所述支撑架设于外套管和内套管组件外，所述外套管和支撑架相固接，所述进动手柄和支撑架相固接，所述内套管组件和支撑架活动连接，所述开合手柄和内套管组件相固接，所述内套管组件的底部可拆卸设有呈瓣型的封闭齿，当封闭齿位于外套管内时，所述封闭齿呈合拢状态，当封闭齿伸出到外套管外时，所述封闭齿呈打开状态。封闭齿由内套管组件和外套管之间的垂向相对运动，进行控制开合。

所述支撑架包括上横梁、下横梁和多个支撑杆，所述上横梁和下横梁一上一下间隔设置，所述支撑杆设于上横梁和下横梁之间，所述上横梁的中部设有供内套管组件贯穿移动的上开口，所述下横梁的中部设有容纳外套管的下开口。

所述上开口的内壁上设有与内套管组件相适配的内螺纹，所述外套管的端部设有外螺纹，所述下开口上设有与外套管相适配的内螺纹。

所述支撑架还包括设于上横梁和下横梁之间的开合标尺，所述开合标尺沿内套管组件的轴线方向设置，开合标尺指示内套管组件下移的距离，进而指示封闭齿从外套筒伸出的距离，当内套管组件逐渐下移时，样品便逐渐经过封闭齿进入到内套筒中，之后向上移动内套管，使封闭齿合拢闭合，便可使样品存于内套管中，因此通过控制内套管的下移距离可用于控制采集的样品量，开合标尺可辅助控制样品采集量。

所述进动手柄的端部设有外螺纹，所述下横梁上设有容纳进动手柄的手柄开口，所述手柄开口的内壁上设有与进动手柄相适配的内螺纹，所述手柄开口处还设有定位栓固定住进动手柄。

所述外套管的底部开有锋刃。

所述锋刃为锯齿状锋刃。

所述外套管的主体部分呈圆柱状，底部呈空心圆台状。

所述外套管的外壁上沿轴线方向设有指针，该指针通过刻度形式进行设置，指示外套管下移的深度，用于取样深度的确定，辅助控制钻探深度。

所述内套管组件和封闭齿之间螺纹连接。

所述外套管为一体式套管或组合拼接式套管，当外套管为组合拼接式套管时，所述外套管由多个外支管依次组合拼接而成，单个外支管的一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹。当外套管为组合拼接式套管时，可根据实际取样深度要求和土壤厚度情况，拆卸外支管或增加外支管，从而调整外套管的长度。

所述内套管组件包括内套管以及设于内套管顶部的螺杆，所述螺杆和支撑架螺纹连接，所述开合手柄安装在螺杆的顶部。螺杆可以控制内套管沿竖直方向移动。

所述内套管为一体式套管或组合拼接式套管，当内套管为组合拼接式套管时，所述内套管由多个内支管依次组合拼接而成，单个内支管的一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹。当内套管为组合拼接式套管时，可根据实际取样深度要求和土壤厚度情况，拆卸内支管或增加内支管，从而调整内套管的长度。

所述开合手柄包括手柄和力臂，所述力臂和螺杆呈垂直设置，所述力臂位于螺杆的顶部，并和螺杆刚性连接。

本发明可通过进动手柄使外套管以自转或直推的形式推进，外套管与样品接触面具有锋刃，可以有效地保障本采样器对质地较为坚硬的土壤或其他固体样品的钻入，在到达指定取样深度后，通过开合手柄驱动内套管，打开封闭齿进行样品取样，内套管的下移程度可由支撑架处的开合标尺显示，用于控制取样量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本取样器通过开合手柄驱动内套管，控制瓣型封闭齿的启用，使用开合标尺对取样量有一个清晰的管控。

2)本取样器采用全程套管跟进取样，可以有效地形成定范围样品取样空间，从而避免样品交叉污染以及易挥发成分的流失，减少其他浆液对样品的影响，保证样品的原始形貌。

3)本取样器外套管上设置的指针(该指针即为刻度)，可以辅助采样人员确定采样深度，获取特定深度的样品。

4)锋刃的设计使得自转或直推采样更易实现，从而替代挖掘取样，有效地避免了对土壤表面的破坏，节俭劳力，同时对于深层样品采集具有更为明显的优势。

5)内外套管均可通过拼接进行长度的增减，有效地确保了深层样品的采取，具有更为广阔的使用范围。

6)本取样器结构简单，便易携带，有效地控制了制造成本，与机械采样装备相比，对取样条件要求低，可适用于机械设备无法到达的场地。

综上所述，该取样器结构紧凑、简单、便易携带，能对不同场地、不同性质的土壤及其他固体样品快速取样，并且保证了样品的形貌不被破坏，成分不被污染，满足生态学、土壤学和环境保护领域对于样品采集的要求。

附图说明

图1为封闭齿合拢状态下套管驱动封闭齿式定范围取样器的结构示意图；

图2为封闭齿打开状态下套管驱动封闭齿式定范围取样器的结构示意图。

图中：1-开合手柄；2-螺杆；301-上横梁；302-下横梁；303-支撑杆；4-开合标尺；5-进动手柄；6-外套管，7-封闭齿；8-指针；9-内套管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下的实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件，则表明其为本领域为实现对应功能的常规部件结构。

实施例

如图1、2所示，一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，包括中空的外套管6、可移动地设于外套管6内的内套管组件、支撑架、进动手柄5和开合手柄1，支撑架设于外套管6和内套管组件外，外套管6和支撑架相固接，进动手柄5和支撑架相固接，内套管组件包括中空的内套管9(外套管的内径大于内套管的外径)以及设于内套管9顶部的螺杆2(内套管9和螺杆2螺纹连接)，外套管6、内套管9和螺杆2同轴设置，螺杆2和支撑架螺纹连接，开合手柄1包括手柄和力臂，力臂和螺杆2呈垂直设置，力臂位于螺杆的顶部，并和螺杆刚性连接，内套管9的底部设有可拆卸呈瓣型的封闭齿7(两者螺纹连接)，当封闭齿7位于外套管6内时，封闭齿7呈合拢状态，当封闭齿7伸出到外套管6外时，封闭齿7呈打开状态。

支撑架包括上横梁301、下横梁302、多个支撑杆303(本实施例共设置左右两个支撑杆303)和开合标尺4，上横梁301和下横梁302一上一下间隔设置，上横梁301的中部设有供螺杆2贯穿移动的上开口，上开口的内壁上设有与螺杆2相适配的内螺纹，下横梁302的中部设有容纳外套管6的下开口(外套管6和下横梁302之间还设有螺栓)，外套管6的端部设有外螺纹，下开口上设有与外套管6相适配的内螺纹，支撑杆303呈倾斜状设于上横梁301和下横梁302之间，开合标尺4设于上横梁301和下横梁302之间，开合标尺4沿内套管组件的轴线方向设置，上横梁301、下横梁302、多个支撑杆303和开合标尺4均刚性连接。

进动手柄5的端部设有外螺纹，下横梁302上设有容纳进动手柄5的手柄开口，手柄开口的内壁上设有与进动手柄5相适配的内螺纹，手柄开口处还设有定位栓(图中省略)固定住进动手柄5。

外套管6的底部开有锯齿状锋刃，外套管6的主体部分呈圆柱状，底部呈空心圆台状，外套管6的外壁上沿轴线方向设有指针8。

外套管6为一体式套管或组合拼接式套管，当外套管6为组合拼接式套管时，外套管6由多个外支管依次组合拼接而成，单个外支管的一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹。

内套管9为一体式套管或组合拼接式套管，当内套管9为组合拼接式套管时，内套管9由多个内支管依次组合拼接而成，单个内支管的一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹。

本发明的实际使用方式如下：

(1)将上述部件在现场组装完成后，将本采样器垂直放置于采样点位。

(2)通过旋转或手动给进动手柄5施加垂直向下的压力，外套管6上位于空心圆台状底部的锯齿形锋刃将破开土壤表面，持续施力，外套管6将向下钻入，通过指针8确定是否达到指定深度，如图1所示。

(3)到达指定深度后，转动开合手柄1，带动螺杆2旋转，与螺杆2相连的内套管9向下运动，封闭齿7脱离外套管6的控制，在弹性力量的作用下，封闭齿7打开，土壤样品进入内套管9内，此过程中可以通过开合标尺4可确定内套筒9向下移动的距离，从而定范围取样，如图2所示。

(4)样品采集完成后，转动开合手柄1，带动内套管9向上运动，封闭齿7关闭，形成样品采集空间。

(5)完成封闭后，提出采样器，以相同的步骤打开封闭齿7，取出样品即获取特定深度定范围的样品。

(6)当需采样的深度不足以依靠固定长度的外套管和内套管完成时，可通过内、外套管预先设置的螺纹进行多节支管连接，在以上述相同步骤完成对所需深度样品的采集。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，其特征在于，所述取样器包括中空的外套管（6）、可移动地设于外套管（6）内的内套管组件、支撑架、进动手柄（5）和开合手柄（1），所述支撑架设于外套管（6）和内套管组件外，所述外套管（6）和支撑架相固接，所述进动手柄（5）和支撑架相固接，所述内套管组件和支撑架活动连接，所述开合手柄（1）和内套管组件相固接，所述内套管组件的底部可拆卸设有呈瓣型的封闭齿（7），内套管组件包括内套管（9）以及设于内套管（9）顶部的螺杆（2），所述螺杆（2）和支撑架螺纹连接，所述开合手柄（1）安装在螺杆（2）的顶部；开合手柄（1）包括手柄和力臂，力臂和螺杆（2）呈垂直设置，力臂位于螺杆的顶部，并和螺杆刚性连接，内套管（9）的底部设有可拆卸呈瓣型的封闭齿（7），当封闭齿（7）位于外套管（6）内时，所述封闭齿（7）呈合拢状态，转动开合手柄（1），带动螺杆（2）旋转，与螺杆（2）相连的内套管（9）向下运动，封闭齿（7）脱离外套管（6）的控制，在弹性力量的作用下，封闭齿（7）打开，土壤样品进入内套管（9）内；

所述支撑架包括上横梁（301）、下横梁（302）和多个支撑杆（303），所述上横梁（301）和下横梁（302）一上一下间隔设置，所述支撑杆（303）设于上横梁（301）和下横梁（302）之间，所述上横梁（301）的中部设有供内套管组件贯穿移动的上开口，所述下横梁（302）的中部设有容纳外套管（6）的下开口；

所述支撑架还包括设于上横梁（301）和下横梁（302）之间的开合标尺（4），所述开合标尺（4）沿内套管组件的轴线方向设置。

2.根据权利要求1所述的一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，其特征在于，所述进动手柄（5）的端部设有外螺纹，所述下横梁（302）上设有容纳进动手柄（5）的手柄开口，所述手柄开口的内壁上设有与进动手柄（5）相适配的内螺纹，所述手柄开口处还设有定位栓固定住进动手柄（5）。

3.根据权利要求1所述的一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，其特征在于，所述外套管（6）的底部开有锋刃。

4.根据权利要求3所述的一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，其特征在于，所述外套管（6）的主体部分呈圆柱状，底部呈空心圆台状；所述锋刃为锯齿状锋刃。

5.根据权利要求1所述的一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，其特征在于，所述外套管（6）的外壁上沿轴线方向设有指针（8）。

6.根据权利要求1所述的一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，其特征在于，所述外套管（6）为一体式套管或组合拼接式套管，当外套管（6）为组合拼接式套管时，所述外套管（6）由多个外支管依次组合拼接而成，单个外支管的一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹。

7.根据权利要求1所述的一种套管驱动封闭齿式定范围取样器，其特征在于，所述内套管（9）为一体式套管或组合拼接式套管，当内套管（9）为组合拼接式套管时，所述内套管（9）由多个内支管依次组合拼接而成，单个内支管的一端设有外螺纹，另一端设有内螺纹。

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