CN115165443B - 一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备及其方法，采集设备包括外筒和内筒，内筒内设有花键轴，花键轴一端与钻头连接，另一端穿过外筒顶面，位于内筒的花键轴上套设有套筒，套筒上设有第一分隔片将内筒均分为多组扇形区，扇形区被第二分隔片分隔为采样区和下料区，采样区内有滑块，滑块与内筒底面通过气囊连接，外筒侧壁上有外采样口，位于采样区的内筒侧壁上有内采样口，位于内筒上端与外筒顶面之间的花键轴上设有扫料片，外筒顶面设有电机，电机通过传动齿轮带动花键轴转动，本发明采集设备外筒可隔绝表层土壤，避免表层土壤影响采样，并可通过多组采样区采集不同深度的土壤，并分开输送与储存。

Description

一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备及其方法

技术领域

本发明涉及土壤采集技术领域，具体是涉及一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备及其方法。

背景技术

土壤重金属污染具有危害大、隐蔽性强、广泛性和滞后性及不可逆转性等特点，镉是重金属中生物毒性最强的元素，镉污染对人体和生态环境都会产生极大的危害，土壤镉污染造成了我国水稻、蔬菜等农产品的质量下降，严重威胁人体健康，影响农业可持续发展。

因此需要对采集土壤样本对土壤及作物可食部位中镉的含量状况及相关性进行检测，现有的土壤采集设备在采集目标深度的土壤时往往会带起表层土壤，对实验数据产生干扰，且现有的采集设备不能一次采集不同深度的土壤。

因此，需要一种可避免表层土壤对采集样本造成干扰，且可以一次采取不同深度的土壤并避免土壤之间产生干扰的的土壤采集设备。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备及其方法。

本发明的技术方案是：一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，所述采集设备包括外筒以及内筒，所述外筒为无底面的圆柱形筒体，所述内筒为无顶面的圆柱形筒体，内筒位于外筒内部并与外筒滑动连接，所述外筒侧壁上固定连接有至少一组支杆，所述支杆设有与其滑动连接的支架，所述内筒沿轴心位置竖向设置有花键轴，所述花键轴一端穿过内筒底面设有的通孔并与位于内筒底面下方的钻头连接，花键轴另一端穿过所述外筒的顶面，位于内筒的花键轴上套设有套筒，所述套筒与内筒底面固定连接，所述套筒上呈散射状设有多组用于将内筒内部均分为多组扇形区的第一分隔片，每组所述扇形区均设有一组用于将扇形区分隔为采样区和下料区的第二分隔片，所述采样区内设有与其滑动密封连接的滑块，所述滑块与采样区的内筒底面通过气囊进行连接，内筒的侧壁设有用于向所述气囊进行充气的充气通道，位于采样区的内筒侧壁上分别设有内采样口，所述外筒侧壁上设有一组用于利用内筒下降与所述内采样口对接的外采样口，所述外筒侧壁上设有组合滑槽，所述组合滑槽由用于限制内筒滑动距离的竖直滑槽和用于控制内筒进行旋转的横向滑槽组成，位于每组扇形区的内筒侧壁上均设有用于利用内筒下降与所述横向滑槽对应的卡孔，位于内筒上端面与外筒顶面之间的花键轴上设有与花键轴上的花键配合进行旋转的扫料片，外筒顶面上设有可与所述充气通道插接进行充气的充气管，所述外筒顶面上设有用于驱动花键轴旋转的电机，所述电机的输出轴穿过所述外筒顶面并与设置在外筒内的传动齿轮连接，所述传动齿轮可与花键轴上的花键配合进行传动，传动齿轮与外筒顶面转动连接，所述外筒侧壁上连接有固定管，所述固定管内转动连接有转动杆，所述转动杆下端设有用于将土壤拨进内筒内的拨片。上述采集设备可通过外筒隔绝表层土壤，避免表层土壤影响采样结果，且通过多个采样区的设置可实现采集不同深度的土壤，并通过气囊与扫料片的配合将土壤分开输送与存放。

进一步地，所述横向滑槽的弧长满足外采样口与一组内采样口对接转动切换至外采样口与所述一组内采样口相邻的另一组内采样口对接，与所述竖直滑槽位置对应的一组卡孔上设有用于操作内筒的卡柱，采用卡柱可更方便的操作内筒的转动，规定横向滑槽的弧长可避免内筒转动时内采样口无法与外采样口对齐。

进一步地，每组所述下料区内均设有挡块，位于每组所述挡块对应的内筒侧壁上均设有内开口，外筒侧壁上设有与所述内开口对接的外开口，所述外开口设有一组且与外采样口所对应的一组扇形区的下料区匹配对应，外筒侧壁上设有与外开口连通的储样盒，所述储样盒与外筒侧壁通过插槽与插块进行插接，挡块的设置可使掉落到下料区的土壤直接进入储样盒，且与外筒插接的储样盒便于更换与取样。

进一步地，所述外筒侧壁上设有刻度尺，通过刻度尺便于控制取样的深度，且制造成本低，实用性好。

进一步地，所述内筒上端与扫料片之间设有隔离板，所述隔离板上设有用于所述花键轴穿过的通孔，且隔离板与外筒内壁固定连接，与外采样口位置对应的隔离板上设有与一组所述扇形区大小相同的开口，隔离板可挡住其它扇形区，避免扫料片工作时将土壤掉入其他扇形区，对其它采样结果造成影响。

进一步地，所述花键轴上端设有用于按压或拉动花键轴的压片，花键轴穿过所述压片，且压片上下两侧的花键轴上固定连接有用于限制压片活动的限位环，由于压片不跟随花键轴转动，通过压片使花键轴升降的方式更加安全，且成本较低，使用可靠。

作为本发明的一种可选技术方案，所述充气管与设在外筒顶面上的气泵连接，通过气泵对气囊进行充气，充气效率高。

作为本发明的另一种可选技术方案，所述外筒顶面上方设有气筒，所述气筒与外筒顶面通过支撑柱进行连接，所述气筒内设有与气筒滑动密封连接的活塞，位于所述活塞对应位置的所述花键轴上设有凸轮，外筒顶面与凸轮之间的花键轴上套设有用于限制凸轮滑动的支撑管，所述活塞一端设有用于与凸轮接触配合进行充气的推杆，活塞另一端与气筒内壁之间设有弹簧，靠近气筒出气口的气筒侧壁上设有排气口，所述排气口上卡接有密封塞，所述充气管与气筒出气口的连通处设有单向充气阀，上述设置无需设置气泵，在需要向气囊充气时只需要用密封塞封住出排气口即可通过电机对气囊进行充气，节约了成本，提高了电机的利用率，且成本较低，使用方便。

另一方面，本发明提供了使用上述采集设备进行土壤采集的方法，包括以下步骤：

步骤1：使所述支架与地面接触，开启所述电机使钻头开始旋转并向下按压所述支杆使外筒下降直至达到目标深度；

步骤2：按压所述花键轴使钻头与花键轴下降，内筒也随着花键轴下降使内采样口与外采样口对齐，然后转动转动杆使拨片拨动土壤进入采样区内；

步骤3：拉动花键轴上升，内筒也随着花键轴上升，在内筒上升过程中充气通道与充气管插接，然后对气囊充气推动滑块上升，滑块上升至内筒顶部时，扫料片跟随花键轴旋转并将滑块上的土壤扫至下料区内；

步骤4：按压花键轴使内筒下降，通过所述卡孔沿着横向滑槽将内筒转动，然后拉起花键轴使其上升至原位置，重复上述步骤即可开始下一次采样。

采用上述方法无需进行多次钻土，一个深度的土壤采集完成可通过切换与外采样口对应的内采样口，进行下一深度的土壤采集，并将不同深度的土壤分开输送与储存，且能隔绝表层土壤，避免表层土壤对目标深度的土壤样本造成影响。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采集设备通过外筒与内筒的设置，外筒可隔绝表层土壤，外筒下降到达目标深度时才开始取样，且通过气囊与扫料片的配合，使采样区的土壤直接掉落至下料区并进入到外筒侧壁的储样盒内，采集设备整体操作简单，取样方便快捷。

(2)本发明采集设备通过花键轴上的凸轮与气筒的配合作用，在需要向气囊充气时用密封塞封住排气口，无需设置气泵，电机在运动时带动凸轮即可对气囊进行充气。

(3)本发明方法无需进行多次钻土，一个深度的土壤采集完成后，可通过切换与外采样口对应的内采样口，进行下一深度的土壤采集，并将不同深度的土壤分开输送与储存，避免不同深度的土壤样本相互影响。

附图说明

图1是本发明实施例1采集设备整体结构示意图；

图2是本发明实施例1外筒顶面结构示意图；

图3是本发明实施例1花键轴结构示意图；

图4是本发明实施例1和实施例2内筒侧面结构图；

图5是本发明实施例1和实施例2内筒剖视图；

图6是本发明实施例1和实施例2内筒整体示意图；

图7是本发明实施例1和实施例2采集设备内部示意图；

图8是本发明实施例2采集设备整体结构示意图；

图9是本发明实施例2花键轴上端结构示意图；

图10是本发明实施例2气筒剖视图；

其中，1-外筒、11-外采样口、12-充气管、13-电机、131-传动齿轮、14-储样盒、15-隔离板、16-固定管、17-气筒、171-活塞、172-推杆、173-排气口、2-内筒、21-套筒、22-采样区、221-内采样口、222-滑块、223-充气通道、23-下料区、231-挡块、3-花键轴、31-钻头、32-压片、33-凸轮、34-扫料片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。

实施例1

如图1所示，一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，采集设备包括外筒1以及内筒2，

外筒1为无底面的圆柱形筒体，内筒2为无顶面的圆柱形筒体，内筒2位于外筒1内部并与外筒1滑动连接，外筒1侧壁上固定连接有至少一组支杆，支杆设有与其滑动连接的支架，外筒1侧壁上设有刻度尺，

内筒2沿轴心位置竖向设置有花键轴3，花键轴3下端穿过内筒2底面设有的通孔并与位于内筒2底面下方的钻头31连接，花键轴3上端穿过外筒1的顶面，位于内筒2的花键轴3上套设有套筒21，套筒21与内筒2底面固定连接，

如图6所示，套筒21上呈散射状设有四组用于将内筒2内部均分为四组扇形区的第一分隔片，每组扇形区均设有一组用于将扇形区分隔为采样区22和下料区23的第二分隔片，

每组下料区23内均设有挡块231，挡块231为靠近内筒2轴心位置高、边缘低的倾斜块，位于每组挡块231对应的内筒2侧壁上均设有内开口，外筒1侧壁上设有与内开口对接的外开口，外开口设有一组且与外采样口11所对应的一组扇形区的下料区23匹配对应，外筒1侧壁上设有与外开口连通的储样盒14，储样盒14与外筒1侧壁通过插槽与插块进行插接，

如图4、5所示，采样区22内设有与其滑动密封连接的滑块222，滑块222与采样区22的内筒2底面通过气囊进行连接，内筒2的侧壁设有用于向气囊进行充气的充气通道223，位于采样区22的内筒2侧壁上分别设有内采样口221，外筒1侧壁上设有一组用于利用内筒2下降与内采样口221对接的外采样口11，

外筒1侧壁上设有组合滑槽，组合滑槽由用于限制内筒2滑动距离的竖直滑槽和用于控制内筒2进行旋转的横向滑槽组成，位于每组扇形区的内筒2侧壁上均设有用于利用内筒2下降与横向滑槽对应的卡孔，

横向滑槽的弧长为8cm，与竖直滑槽位置对应的一组卡孔上设有用于操作内筒2的卡柱，竖直滑槽的长度为内筒2下降使内采样口221与外采样口11恰好由错位到对齐的高度差；

如图7所示，位于内筒2上端面与外筒1顶面之间的花键轴3上设有与花键轴3上的花键配合进行旋转的扫料片34，内筒2上端与扫料片34之间设有隔离板15，隔离板15上设有用于花键轴3穿过的通孔，且隔离板15与外筒1内壁固定连接，与外采样口11位置对应的隔离板15上设有与一组扇形区大小相同的开口，

如图2所示，外筒1顶面上设有可与充气通道223插接进行充气的充气管12，充气管12与设在外筒1顶面上的气泵连接，外筒1顶面上设有用于驱动花键轴3旋转的电机13，电机13的输出轴穿过外筒1顶面并与设置在外筒1内的传动齿轮131连接，传动齿轮131可与花键轴3上的花键配合进行传动，传动齿轮131与外筒1顶面转动连接，气泵与电机13均采用市售，或对市售的气泵与电机外形进行调整以适配本采集设备，

如图3所示，花键轴3上端设有用于按压或拉动花键轴3的压片32，花键轴3穿过压片32，且压片32上下两侧的花键轴3上固定连接有用于限制压片32活动的限位环，

外筒1侧壁上连接有固定管16，固定管16内转动连接有转动杆，转动杆下端设有用于将土壤拨进内筒2内的拨片，本采集设备采用直流电源进行供电。

使用上述采集设备进行采集土壤样本的方法，包括以下步骤：

步骤1：使支架与地面接触，开启电机13使钻头31开始旋转并向下按压支杆使外筒1下降直至达到目标深度；

步骤2：按压压片32使钻头31与花键轴3下降，内筒2也随着花键轴3下降，使内采样口221与外采样口11对齐，然后转动转动杆161使拨片拨动土壤进入采样区22内；

步骤3：拉动压片32使花键轴3上升，内筒2也随着花键轴3上升，内筒2上升过程中充气通道223与充气管12插接在一起，然后开启气泵，使气囊充气推动滑块222上升，滑块222上升至内筒2顶部时，扫料片34跟随花键轴3旋转并将滑块222上的土壤扫至下料区23内，土壤从下料区23进入到储样盒14内，然后拔出储样盒14；

步骤4：按压压片32使花键轴3下降，使用卡柱沿着横向滑槽将内筒2转动，然后拔起卡柱并将卡柱与下一个扇形区的卡孔卡接，然后拉起压片32使花键轴3上升至原位置，换上新的储样盒14，重复上述步骤即可开始下一次采样。

实施例2

如图8、9、10所示，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，外筒1顶面上方设有气筒17，气筒17与外筒1顶面通过支撑柱进行连接，

气筒17内设有与气筒17滑动密封连接的活塞171，位于活塞171对应位置的花键轴3上设有凸轮33，外筒1顶面与凸轮33之间的花键轴3上套设有用于限制凸轮33滑动的支撑管，

活塞171左端设有用于与凸轮33接触配合进行充气的推杆172，活塞171右端与气筒17内壁之间设有弹簧，靠近气筒17出气口的气筒17侧壁上设有排气口173，排气口173上卡接有密封塞，充气管12与气筒17出气口的连通处设有单向充气阀。

上述气筒17的工作原理为：需要向气囊充气时使用密封塞封住排气口173，凸轮33跟随花键轴3一起转动，推杆172在凸轮33与弹簧的共同作用下进行左右方向的往复运动，活塞171在跟随推杆172往复运动过程中，向气囊内充气，由于单向充气阀的存在，气囊内的气体不会从气筒17漏出，当按压压片32使充气管12与充气通道223分开时，气囊开始放气。

Claims (9)

1.一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，所述采集设备包括外筒(1)以及内筒(2)，

所述外筒(1)为无底面的圆柱形筒体，所述内筒(2)为无顶面的圆柱形筒体，内筒(2)位于外筒(1)内部并与外筒(1)滑动连接，所述外筒(1)侧壁上固定连接有至少一组支杆，所述支杆设有与其滑动连接的支架，

所述内筒(2)沿轴心位置竖向设置有花键轴(3)，所述花键轴(3)一端穿过内筒(2)底面设有的通孔并与位于内筒(2)底面下方的钻头(31)连接，花键轴(3)另一端穿过所述外筒(1)的顶面，位于内筒(2)的花键轴(3)上套设有套筒(21)，所述套筒(21)与内筒(2)底面固定连接，

所述套筒(21)上呈散射状设有多组用于将内筒(2)内部均分为多组扇形区的第一分隔片，每组所述扇形区均设有一组用于将扇形区分隔为采样区(22)和下料区(23)的第二分隔片，

所述采样区(22)内设有与其滑动密封连接的滑块(222)，所述滑块(222)与采样区(22)的内筒(2)底面通过气囊进行连接，内筒(2)的侧壁设有用于向所述气囊进行充气的充气通道(223)，位于采样区(22)的内筒(2)侧壁上分别设有内采样口(221)，所述外筒(1)侧壁上设有一组用于利用内筒(2)下降与所述内采样口(221)对接的外采样口(11)，

所述外筒(1)侧壁上设有组合滑槽，所述组合滑槽由用于限制内筒(2)滑动距离的竖直滑槽和用于控制内筒(2)进行旋转的横向滑槽组成，所述横向滑槽的弧长满足外采样口(11)与一组内采样口(221)对接转动切换至外采样口(11)与所述一组内采样口(221)相邻的另一组内采样口(221)对接；所述竖直滑槽的长度为内筒(2)下降使内采样口(221)与外采样口(11)恰好由错位到对齐的高度差，位于每组扇形区的内筒(2)侧壁上均设有用于利用内筒(2)下降与所述横向滑槽对应的卡孔，

位于内筒(2)上端面与外筒(1)顶面之间的花键轴(3)上设有与花键轴(3)上的花键配合进行旋转的扫料片(34)，外筒(1)顶面上设有可与所述充气通道(223)插接进行充气的充气管(12)，所述外筒(1)顶面上设有用于驱动花键轴(3)旋转的电机(13)，所述电机(13)的输出轴穿过所述外筒(1)顶面并与设置在外筒(1)内的传动齿轮(131)连接，所述传动齿轮(131)可与花键轴(3)上的花键配合进行传动，传动齿轮(131)与外筒(1)顶面转动连接，

所述外筒(1)侧壁上连接有固定管(16)，所述固定管(16)内转动连接有转动杆，所述转动杆下端设有用于将土壤拨进内筒(2)内的拨片。

2.根据权利要求1所述的一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，所述横向滑槽的弧长满足外采样口(11)与一组内采样口(221)对接转动切换至外采样口(11)与所述一组内采样口(221)相邻的另一组内采样口(221)对接，与所述竖直滑槽位置对应的一组卡孔上设有用于操作内筒(2)的卡柱。

3.根据权利要求1所述的一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，每组所述下料区(23)内均设有挡块(231)，位于每组所述挡块(231)对应的内筒(2)侧壁上均设有内开口，

外筒(1)侧壁上设有与所述内开口对接的外开口，所述外开口设有一组且与外采样口(11)所对应的一组扇形区的下料区(23)匹配对应，外筒(1)侧壁上设有与外开口连通的储样盒(14)，所述储样盒(14)与外筒(1)侧壁通过插槽与插块进行插接。

4.根据权利要求1所述的一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，所述外筒(1)侧壁上设有刻度尺。

5.根据权利要求1所述的一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，所述内筒(2)上端与扫料片(34)之间设有隔离板(15)，所述隔离板(15)上设有用于所述花键轴(3)穿过的通孔，且隔离板(15)与外筒(1)内壁固定连接，与外采样口(11)位置对应的隔离板(15)上设有与一组所述扇形区大小相同的开口。

6.根据权利要求1所述的一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，所述花键轴(3)上端设有用于按压或拉动花键轴(3)的压片(32)，花键轴(3)穿过所述压片(32)，且压片(32)上下两侧的花键轴(3)上固定连接有用于限制压片(32)活动的限位环。

7.根据权利要求1所述的一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，所述充气管(12)与设在外筒(1)顶面上的气泵连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于土壤中镉检测的土壤多样本采集设备，其特征在于，所述外筒(1)顶面上方设有气筒(17)，所述气筒(17)与外筒(1)顶面通过支撑柱进行连接，

所述气筒(17)内设有与气筒(17)滑动密封连接的活塞(171)，位于所述活塞(171)对应位置的所述花键轴(3)上设有凸轮(33)，外筒(1)顶面与凸轮(33)之间的花键轴(3)上套设有用于限制凸轮(33)滑动的支撑管，

所述活塞(171)一端设有用于与凸轮(33)接触配合进行充气的推杆(172)，活塞(171)另一端与气筒(17)内壁之间设有弹簧，靠近气筒(17)出气口的气筒(17)侧壁上设有排气口(173)，所述排气口(173)上卡接有密封塞，所述充气管(12)与气筒(17)出气口的连通处设有单向充气阀。

9.根据权利要求1-8任意一项所述采集设备进行土壤样本采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：使所述支架与地面接触，开启所述电机(13)使钻头(31)开始旋转并向下按压所述支杆使外筒(1)下降直至达到目标深度；

步骤2：按压所述花键轴(3)使钻头(31)与花键轴(3)下降，内筒(2)也随着花键轴(3)下降，使内采样口(221)与外采样口(11)对齐，然后转动转动杆(161)使拨片拨动土壤进入采样区(22)内；

步骤3：拉动花键轴(3)上升，内筒(2)也随着花键轴(3)上升，在内筒(2)上升过程中充气通道(223)与充气管(12)插接，然后对气囊充气推动滑块(222)上升，滑块(222)上升至内筒(2)顶部时，扫料片(34)跟随花键轴(3)旋转并将滑块(222)上的土壤扫至下料区(23)内；

步骤4：按压花键轴(3)使内筒(2)下降，通过所述卡孔沿着横向滑槽将内筒(2)转动，然后拉起花键轴(3)使其上升至原位置，重复上述步骤即可开始下一次采样。

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