CN115468797A - 一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，包括底座、L型安装架和取样筒，所述L型安装架水平部分底部安装有液压伸缩杆，液压伸缩杆的伸缩端底端固定安装有横柱，所述横柱的两端均贯穿有立柱，横柱内部的中部开设有凹槽，所述凹槽内设有限位机构，两个立柱底部均焊接有条形板，两个所述条形板底部均焊接有尖锥，取样筒顶部贯穿有转轴，所述横柱底部设有驱动机构，取样筒内设有取样机构，所述底座顶部一侧安装有控制器。本发明可防止取样筒插入地面过程中发生位置和方向偏移，保证土壤取样精确性；取样过程方便快捷，无需人工操作，自动化程度更高；可远程控制进行采样，实现自动化、标准化和数据化，真正实现数字化控制采样。

Description

一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置

技术领域

本发明涉及农业环境监测、土壤环境监测中的土壤取样技术领域，以及数字农业技术领域。

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。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，土壤的布点采样属于土壤环境监测的第一步，需要利用土壤取样装置对土壤进行取样，以便进行后续的土壤检测。

现有的土壤取样装置大多为人工采用一个取样筒对土壤进行取样，取样操作繁琐，费时费力，对于一些需要定期取样检测的项目，操作十分不方便，且人工操作难以实现标准化，相关的数据也要人工进行记录；且由于缺少固定装置，在插入土壤内时极易发生方向和位置的偏移，导致取样的不够精准，影响检测结果。

数字农业是重要发力点，数字化、自动化控制是所有农业生产机具发展的必然方向。目前，农业环境监测 (如：温度、湿度等常见指标)、农业病虫害监测等已实现数字化控制，农业土壤取样装置也急需数字化改革，才能满足数字农业发展的需求。

发明内容

本发明公开一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，旨在解决背景技术中的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，包括底座、L型安装架和取样筒，所述L型安装架水平部分的底部竖直固定安装有液压伸缩杆，所述液压伸缩杆的伸缩端底端水平固定安装有横柱，所述横柱的两端均竖直贯穿有立柱且两个立柱均和横柱滑动连接，所述横柱内部的中部水平开设有凹槽，所述凹槽内设有对两个立柱限位的限位机构，两个所述立柱的底部均水平焊接有条形板，两个所述条形板的底部均竖直焊接有尖锥，所述取样筒顶部贯穿有转轴并和取样筒转动连接，所述横柱底部设有带动取样筒和转轴反向转动的驱动机构，所述取样筒内设有取样机构，所述底座顶部一侧安装有控制器。

通过设置有液压伸缩杆，启动液压伸缩杆可以带动横柱下降，从而可以带动两个立柱和取样筒共同下降直至尖锥插入地面，也可以带动取样筒单独下降完成取样，仅利用一个液压伸缩杆即可完成两个不同的升降工作，节约成本，设备联动性更强；控制器内部内置有控制芯片，控制芯片通过无线网络与用户端连接，可以通过手机APP远程控制进行土壤采样，并可以设置一定的参数，实现定期定量采样，同时还可以记录相关的采样数据，实现土壤采样自动化、标准化和数据化，真正实现数字化控制采样。

在一个优选的方案中，所述L型安装架竖直焊接于底座顶部一侧的中部，所述底座的底部四角均安装有滚轮，所述底座的一侧倾斜焊接有推杆，两个所述立柱相远离一侧的上方均焊接有滑块，所述横柱两端均竖直开设有滑槽，所述滑槽的顶部为敞口结构，两个所述滑块分别滑动连接于两个滑槽内部。

滚轮和推杆方便推动整个装置移动，滑块可以从滑槽的顶部滑出，方便立柱顶端从横柱内部向上移动，滑块位于滑槽最底端时，立柱顶端和横柱顶部齐平，且L型插杆水平部分正好和插孔齐平。

在一个优选的方案中，所述限位机构包括丝杆和正反电机，所述丝杆水平转动连接于凹槽内部，所述正反电机水平固定安装于横柱的顶部，所述正反电机的输出轴和丝杆之间连接有同一个皮带，所述丝杆两端均套接有移动块，两个所述移动块均通过螺纹和丝杆连接，所述丝杆两端的螺纹方向相反，两个所述移动块的顶部均焊接有L型插杆，两个所述L型插杆的水平端分别从凹槽的两端伸出并和凹槽滑动连接，两个所述立柱相向的侧面上方均开设有插孔，所述插孔和L型插杆的水平端相适配。

通过设置有限位机构，液压伸缩杆启动前，启动正反电机通过皮带带动丝杆转动，则使两个移动块在丝杆上往相反方向移动，带动两个L型插杆往相反方向移动直至其水平端插入插孔内部，将两个立柱和横柱固定在一起，使液压伸缩杆可以带动横柱和两个立柱一起升降，当多个尖锥一起插入地面内部后，再次启动正反电机带动丝杆反向转动，使两个L型插杆相向移动直至从插孔内移出，从而使液压伸缩杆带动横柱继续下降的同时，两个立柱在横柱内滑动，不继续随横柱一起下降，先将多个尖锥一起插入地面内部，取样筒才继续伸入地面内部进行土壤取样，可以将整个装置固定在取样地点，且取样筒只能沿竖直方向直上直下，防止取样筒在插入地面的过程中发生位置和方向的偏移，保证土壤取样的精确性。

在一个优选的方案中，所述底座顶部对立两侧均开设有条形槽，所述条形槽和条形板相适配，所述尖锥设有多个并在条形板底部均匀分布，所述底座顶部的中部开设有槽口。

条形槽方便条形板通过，槽口方便取样筒和驱动机构通过。

在一个优选的方案中，所述驱动机构包括旋转电机，所述旋转电机的输出轴顶端固定安装有主动锥齿轮，所述取样筒外侧顶部焊接有第一从动锥齿轮，所述转轴外侧顶部焊接有第二从动锥齿轮，所述第一从动锥齿轮和第一从动锥齿轮均和主动锥齿轮啮合，所述横柱底部的一侧竖直焊接有第二安装座，所述旋转电机水平固定安装于第二安装座侧面，所述横柱底部的一侧焊接有第一安装座，所述取样筒竖直贯穿第一安装座的水平部分并和第一安装座转动连接。

在一个优选的方案中，所述取样机构包括弧形板和储存室，所述储存室设置于取样筒内部，所述储存室设有多个并在取样筒内部沿竖向均匀分布，每个所述储存室外部一侧均开设有取样口，每个所述储存室内位于取样口内侧均设有挡板，所述挡板和取样口大小相适配，每个所述挡板的内侧均水平焊接有连接杆，多个所述连接杆另一端均焊接于转轴上，所述弧形板的数量和储存室相同，所述弧形板焊接于取样筒外部并位于取样口的一侧。

通过设置有驱动机构和取样机构，取样筒插入土壤内部后，启动旋转电机带动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮通过第一从动锥齿轮带动取样筒逆时针转动，主动锥齿轮通过第二从动锥齿轮带动转轴顺时针转动，转轴通过多个连接杆带动多个挡板顺时针转动露出取样口，多个弧形板随取样筒逆时针转动将土壤从露出的取样口刮入储存室内，直至挡板再次转动至遮住取样口完成取样，土壤的取样过程方便快捷，无需人工操作，省时省力，自动化程度更高，且可以一次性取样不同深度的土壤。

由上可知，本发明提供的基于数字化控制的土壤检测自动取样装置可以将整个装置固定在取样地点，且取样筒只能沿竖直方向直上直下，防止取样筒在插入地面的过程中发生位置和方向的偏移，保证土壤取样的精确性；土壤的取样过程方便快捷，无需人工操作，省时省力，自动化程度更高，且可以一次性取样不同深度的土壤；仅利用一个液压伸缩杆即可完成两个不同的升降工作，节约成本，设备联动性更强；可以通过手机APP远程控制进行土壤采样，并可以设置一定的参数，实现定期定量采样，同时还可以记录相关的采样数据，实现土壤采样自动化、标准化和数据化，真正实现数字化控制采样。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置的整体结构示意图。

图2为本发明提出的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置的仰视图。

图3为本发明提出的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置的横柱内部剖视图。

图4为本发明提出的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置的取样筒内部剖视图。

图5为本发明提出的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置的取样工作状态示意图。

图中：1、滑槽；2、液压伸缩杆；3、L型安装架；4、正反电机；5、皮带；6、槽口；7、条形板；8、取样筒；9、底座；10、滚轮； 11、条形槽；12、立柱；13、第一安装座；14、第一从动锥齿轮；15、第二从动锥齿轮；16、主动锥齿轮；17、旋转电机；18、第二安装座； 19、尖锥；20、L型插杆；21、移动块；22、凹槽；23、丝杆；24、横柱；25、弧形板；26、取样口；27、转轴；28、储存室；29、连接杆；30、挡板；31、插孔；32、滑块；33、控制器。

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。

参照图1-5，一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，包括底座9、L型安装架3和取样筒8，L型安装架3水平部分的底部竖直固定安装有液压伸缩杆2，液压伸缩杆2的伸缩端底端水平固定安装有横柱24，横柱24的两端均竖直贯穿有立柱12且两个立柱12均和横柱24滑动连接，横柱24内部的中部水平开设有凹槽22，凹槽 22内设有对两个立柱12限位的限位机构，两个立柱12的底部均水平焊接有条形板7，两个条形板7的底部均竖直焊接有尖锥19，取样筒8顶部贯穿有转轴27并和取样筒8转动连接(转轴27的顶端转动连接于横柱24的底部)，横柱24底部设有带动取样筒8和转轴27 反向转动的驱动机构，取样筒8内设有取样机构，底座9顶部一侧安装有控制器33(控制器33内部内置有控制芯片，控制器33控制所有电气设备的定时启闭，控制芯片通过无线网络与用户端连接，可以通过手机APP远程控制进行土壤采样，并可以设置一定的参数，实现定期定量采样，同时还可以记录相关的采样数据，实现土壤采样自动化、标准化和数据化，真正实现数字化控制采样)。启动液压伸缩杆2可以带动横柱24下降，从而可以带动两个立柱12和取样筒8共同下降直至尖锥19插入地面，也可以带动取样筒8单独下降完成取样，仅利用一个液压伸缩杆2即可完成两个不同的升降工作，节约成本，设备联动性更强。

参照图1和图5，在一个优选的实施方式中，L型安装架3竖直焊接于底座9顶部一侧的中部，底座9的底部四角均安装有滚轮10，底座9的一侧倾斜焊接有推杆，两个立柱12相远离一侧的上方均焊接有滑块32，横柱24两端均竖直开设有滑槽1，滑槽1的顶部为敞口结构，两个滑块32分别滑动连接于两个滑槽1内部。滚轮10和推杆方便推动整个装置移动，滑块32可以从滑槽1的顶部滑出，方便立柱12顶端从横柱24内部向上移动，滑块32位于滑槽1最底端时，立柱12顶端和横柱24顶部齐平，且L型插杆20水平部分正好和插孔31齐平。

参照图1和图3，在一个优选的实施方式中，限位机构包括丝杆23和正反电机4，丝杆23水平转动连接于凹槽22内部，正反电机4 水平固定安装于横柱24的顶部，正反电机4的输出轴和丝杆23之间连接有同一个皮带5，丝杆23两端均套接有移动块21(移动块21的宽度和凹槽22宽度相同，使移动块21只能在凹槽22内左右移动，无法随丝杆23一起转动)。

参照图1、3和5，在一个优选的实施方式中，两个移动块21均通过螺纹和丝杆23连接，丝杆23两端的螺纹方向相反，两个移动块 21的顶部均焊接有L型插杆20，两个L型插杆20的水平端分别从凹槽22的两端伸出并和凹槽22滑动连接，两个立柱12相向的侧面上方均开设有插孔31，插孔31和L型插杆20的水平端相适配。先启动正反电机4通过皮带5带动丝杆23转动，则使两个移动块21在丝杆23上往相反方向移动，带动两个L型插杆20往相反方向移动直至其水平端插入插孔31内部，将两个立柱12和横柱24固定在一起，再启动液压伸缩杆2，使液压伸缩杆2可以带动横柱24和两个立柱 12一起下降，当多个尖锥19一起插入地面内部后，暂时关闭液压伸缩杆2，再次启动正反电机4带动丝杆23反向转动，使两个L型插杆20相向移动直至从插孔31内移出，再次启动液压伸缩杆2，使液压伸缩杆2带动横柱24继续下降的同时，两个立柱12在横柱24内滑动，不继续随横柱24一起下降，横柱24带动取样筒8继续下降直至插入地面，先将多个尖锥19一起插入地面内部，取样筒8才继续伸入地面内部进行土壤取样，可以将整个装置固定在取样地点，且取样筒8只能沿竖直方向直上直下，防止取样筒8在插入地面的过程中发生位置和方向的偏移，保证土壤取样的精确性。

参照图1和图2，在一个优选的实施方式中，底座9顶部对立两侧均开设有条形槽11，条形槽11和条形板7相适配，尖锥19设有多个并在条形板7底部均匀分布，底座9顶部的中部开设有槽口6。条形槽11方便条形板7通过，槽口6方便取样筒8和驱动机构通过。

参照图1和图2，在一个优选的实施方式中，驱动机构包括旋转电机17，旋转电机17的输出轴顶端固定安装有主动锥齿轮16，取样筒8外侧顶部焊接有第一从动锥齿轮14，转轴27外侧顶部焊接有第二从动锥齿轮15，第一从动锥齿轮14和第一从动锥齿轮14均和主动锥齿轮16啮合。

参照图1和图2，在一个优选的实施方式中，横柱24底部的一侧竖直焊接有第二安装座18，旋转电机17水平固定安装于第二安装座18侧面，横柱24底部的一侧焊接有第一安装座13，取样筒8竖直贯穿第一安装座13的水平部分并和第一安装座13转动连接(取样筒8只能在第一安装座13的水平部分上转动，无法沿竖直方向移动)。

参照图1和图4，在一个优选的实施方式中，取样机构包括弧形板25和储存室28，储存室28设置于取样筒8内部，储存室28设有多个并在取样筒8内部沿竖向均匀分布，每个储存室28外部一侧均开设有取样口26，每个储存室28内位于取样口26内侧均设有挡板 30，挡板30和取样口26大小相适配。

参照图1和图4，在一个优选的实施方式中，每个挡板30的内侧均水平焊接有连接杆29，多个连接杆29另一端均焊接于转轴27 上，弧形板25的数量和储存室28相同，弧形板25焊接于取样筒8 外部并位于取样口26的一侧。取样筒8插入土壤内部后，启动旋转电机17带动主动锥齿轮16转动，主动锥齿轮16通过第一从动锥齿轮14带动取样筒8逆时针转动，主动锥齿轮16通过第二从动锥齿轮 15带动转轴27顺时针转动，转轴27通过多个连接杆29带动多个挡板30顺时针转动露出取样口26，多个弧形板25随取样筒8逆时针转动将土壤从露出的取样口26刮入储存室28内，直至挡板30再次转动至遮住取样口26完成取样，土壤的取样过程方便快捷，无需人工操作，省时省力，自动化程度更高，且可以一次性取样不同深度的土壤。

工作原理：使用时，利用滚轮10和推杆方便推动整个装置移动至取样地点，先启动正反电机4通过皮带5带动丝杆23转动，则使两个移动块21在丝杆23上往相反方向移动，带动两个L型插杆20 往相反方向移动直至其水平端插入插孔31内部，将两个立柱12和横柱24固定在一起，再启动液压伸缩杆2，使液压伸缩杆2可以带动横柱24和两个立柱12一起下降，当多个尖锥19一起插入地面内部后，暂时关闭液压伸缩杆2，再次启动正反电机4带动丝杆23反向转动，使两个L型插杆20相向移动直至从插孔31内移出，再次启动液压伸缩杆2，使液压伸缩杆2带动横柱24继续下降的同时，两个立柱12在横柱24内滑动，不继续随横柱24一起下降，横柱24带动取样筒8继续下降直至插入地面，先将多个尖锥19一起插入地面内部，取样筒8才继续伸入地面内部进行土壤取样，可以将整个装置固定在取样地点，且取样筒8只能沿竖直方向直上直下，防止取样筒8 在插入地面的过程中发生位置和方向的偏移，保证土壤取样的精确性；也可以将该取样装置固定在田间，定期控制采样，也可以将其安装在大型农业机械设备上，在田间作业中同步开展土壤采样，促进数字农业发展；

取样筒8插入土壤内部后，启动旋转电机17带动主动锥齿轮16 转动，主动锥齿轮16通过第一从动锥齿轮14带动取样筒8逆时针转动，主动锥齿轮16通过第二从动锥齿轮15带动转轴27顺时针转动，转轴27通过多个连接杆29带动多个挡板30顺时针转动露出取样口26，多个弧形板25随取样筒8逆时针转动将土壤从露出的取样口26 刮入储存室28内，直至挡板30再次转动至遮住取样口26完成取样，土壤的取样过程方便快捷，无需人工操作，省时省力，自动化程度更高，且可以一次性取样不同深度的土壤。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，包括底座(9)、L型安装架(3)和取样筒(8)，其特征在于，所述L型安装架(3)水平部分的底部竖直固定安装有液压伸缩杆(2)，所述液压伸缩杆(2)的伸缩端底端水平固定安装有横柱(24)，所述横柱(24)的两端均竖直贯穿有立柱(12)且两个立柱(12)均和横柱(24)滑动连接，所述横柱(24)内部的中部水平开设有凹槽(22)，所述凹槽(22)内设有对两个立柱(12)限位的限位机构，两个所述立柱(12)的底部均水平焊接有条形板(7)，两个所述条形板(7)的底部均竖直焊接有尖锥(19)，所述取样筒(8)顶部贯穿有转轴(27)并和取样筒(8)转动连接，所述横柱(24)底部设有带动取样筒(8)和转轴(27)反向转动的驱动机构，所述取样筒(8)内设有取样机构，所述底座(9)顶部一侧安装有控制器(33)。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，所述L型安装架(3)竖直焊接于底座(9)顶部一侧的中部，所述底座(9)的底部四角均安装有滚轮(10)，所述底座(9)的一侧倾斜焊接有推杆，两个所述立柱(12)相远离一侧的上方均焊接有滑块(32)，所述横柱(24)两端均竖直开设有滑槽(1)，所述滑槽(1)的顶部为敞口结构，两个所述滑块(32)分别滑动连接于两个滑槽(1)内部。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，所述限位机构包括丝杆(23)和正反电机(4)，所述丝杆(23)水平转动连接于凹槽(22)内部，所述正反电机(4)水平固定安装于横柱(24)的顶部，所述正反电机(4)的输出轴和丝杆(23)之间连接有同一个皮带(5)，所述丝杆(23)两端均套接有移动块(21)。

4.根据权利要求3所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，两个所述移动块(21)均通过螺纹和丝杆(23)连接，所述丝杆(23)两端的螺纹方向相反，两个所述移动块(21)的顶部均焊接有L型插杆(20)，两个所述L型插杆(20)的水平端分别从凹槽(22)的两端伸出并和凹槽(22)滑动连接，两个所述立柱(12)相向的侧面上方均开设有插孔(31)，所述插孔(31)和L型插杆(20)的水平端相适配。

5.根据权利要求1所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，所述底座(9)顶部对立两侧均开设有条形槽(11)，所述条形槽(11)和条形板(7)相适配，所述尖锥(19)设有多个并在条形板(7)底部均匀分布，所述底座(9)顶部的中部开设有槽口(6)。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，所述驱动机构包括旋转电机(17)，所述旋转电机(17)的输出轴顶端固定安装有主动锥齿轮(16)，所述取样筒(8)外侧顶部焊接有第一从动锥齿轮(14)，所述转轴(27)外侧顶部焊接有第二从动锥齿轮(15)，所述第一从动锥齿轮(14)和第一从动锥齿轮(14)均和主动锥齿轮(16)啮合。

7.根据权利要求6所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，所述横柱(24)底部的一侧竖直焊接有第二安装座(18)，所述旋转电机(17)水平固定安装于第二安装座(18)侧面，所述横柱(24)底部的一侧焊接有第一安装座(13)，所述取样筒(8)竖直贯穿第一安装座(13)的水平部分并和第一安装座(13)转动连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，所述取样机构包括弧形板(25)和储存室(28)，所述储存室(28)设置于取样筒(8)内部，所述储存室(28)设有多个并在取样筒(8)内部沿竖向均匀分布，每个所述储存室(28)外部一侧均开设有取样口(26)，每个所述储存室(28)内位于取样口(26)内侧均设有挡板(30)，所述挡板(30)和取样口(26)大小相适配。

9.根据权利要求8所述的一种基于数字化控制的土壤检测自动取样装置，其特征在于，每个所述挡板(30)的内侧均水平焊接有连接杆(29)，多个所述连接杆(29)另一端均焊接于转轴(27)上，所述弧形板(25)的数量和储存室(28)相同，所述弧形板(25)焊接于取样筒(8)外部并位于取样口(26)的一侧。

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