一种用于设定层深的土壤取样系统及土壤取样方法

技术领域

本发明涉及土壤取样领域，尤其涉及一种用于设定层深的土壤取样系统及土壤取样方法。

背景技术

土壤是人类离不开的生命温床，一方面，随着环保意识的普及，针对土壤的改良、保护条目也越来越多，土壤安全已经成为了环境污染的重要指标，为保证土壤安全，需要对土质进行定期检测，另一方面，随着农业技术的发展，为精准实现因地制宜，也需要在种植相应作物之前进行土质检测，根据土壤条件选择合适的作物品种和种植方法；这都需要根据检测要求，对不同层深的土壤进行单独采样。

现有技术中，一般通过取样装置对土壤进行截取取样，取样装置包括驱动组件、取样套管和电动伸缩杆，检测人员一般会选择将需要检测区域的浮土扫去后再行采样，调整好伸缩杆长度后，通过驱动组件将套管深入到相应的土层位置处，将其中土壤直接截取出来，然后将套管中的土壤剥离出来，同时，采样点的布点也有讲究，并不是一大片土地随便找个地方打孔就够的，点位一般分为对角线布点法、梅花形布点法、棋盘式布点法、蛇形布点法，点位之间不可相近太近，也不能分布的太稀疏，一般而言每100公顷地不少于5个点为佳。

但通过取样套管截取土壤样本的方法具有以下不足：

1、取样套管总会将设定深度范围以外的土壤一起取出，在进行样品剥离时，难以将其他深度范围的土壤分离，容易造成对设定层深的土壤样品产生污染，难以实现对设定层深范围的土壤样品进行无污染取样，影响检测准确性；

2、当对较深层的土壤进行取样时，意味着套管和伸缩杆的伸入土壤的深度较大，管壁与土壤的摩擦力随着深度增大而增大，容易超出电机的额定载荷，影响设备的使用寿命。

发明内容

为了克服上述现有技术中的难以对设定层深进行精准无污染取样以及难以对较深层土壤进行取样的问题，本发明提供了一种用于设定层深的土壤取样系统及土壤取样方法，能够对设定层深的土壤进行准确取样，避免设定范围外土壤造成污染影响检测准确性，保证取样精度，同时能对较深的土壤层进行取样。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于设定层深的土壤取样系统，包括立柱，所述立柱上设置有安装板，所述安装板上设置有驱动组件，所述驱动组件连接有土壤取样组件，所述土壤取样组件包括套筒，所述套筒的上端设置有收集盘，所述套筒外圆周面上设置有钻孔叶片，所述钻孔叶片呈螺旋状，所述套筒内可转动地设置有转轴，所述转轴上端伸出所述套筒，所述套筒与所述转轴通过锁轴锁定连接，所述转轴与所述驱动组件连接，所述转轴外部设置有取样叶片，所述取样叶片呈螺旋状。通过套筒和转轴的配合，能够实现先钻孔后再进行取样的方式，一方面能够取任一深度的土壤样品，另外一方面，由于套筒的伸入土层后形成一种隔离效果，能够避免其他深度的土壤的污染，保证取样精度，检查准确。

进一步的，所述套筒的下端设置有钻头，所述钻头为空心结构，所述转轴能够从所述钻头中伸出。通过钻头能够降低套筒钻孔难度，适合硬度较高的土层。

进一步的，所述套筒的上端设置有收集盘，所述收集盘上设置有漏土槽，所述收集盘下方可拆卸连接有一次性收集袋，所述一次性收集袋与所述漏土槽相对设置，所述一次性收集袋围绕所述套筒。通过收集袋和收集盘的配合，能够在取样的同时直接完成对样品的收集，使用方便，并且采用一次性收集袋，能够避免不同深度的土壤样品污染的可能。

进一步的，还包括移动车，所述移动车铰接有连接臂，所述连接臂与支撑油缸的活塞杆铰接，所述支撑油缸的缸体与摆臂连接，所述摆臂可转动地设置在所述移动车上，所述连接臂连接有立柱。通过连接臂、支撑油缸和摆臂的配合，能调整立柱的倾斜角度，避免在移动过程中，立柱与地面其他物体产生磕碰干涉，造成设备的损坏，同时，能够适应有坡度的地形，保证钻孔方向与地面垂直，减少钻孔阻力对设备使用寿命的影响。

进一步的，所述连接臂、所述支撑油缸和所述摆臂均设置有两个，两个所述连接臂之间设置有横梁，所述横梁上铰接有调整油缸，所述调整油缸的活塞杆铰接有调整板，所述调整板的两端与对应的所述连接臂铰接，所述调整板与所述立柱可拆卸连接。通过横梁、调整油缸和调整板能够对立柱的角度进行进一步的调整，扩大立柱角度调整范围。

进一步的，其特征在于，所述立柱的下方设置有支撑座，所述支撑座呈U型结构，所述支撑座的开口方向与所述移动车前进方向一致。通过支撑座能够增强立柱的稳定性，避免转筒和转轴转动时产生的离心力晃动作用。

进一步的，所述立柱上部设置有驱动电机，所述驱动电机通过螺杆与所述安装板连接。

进一步的，所述移动车包括控制装置，控制装置电连接有输入装置和显示装置，所述驱动组件上设置有旋转编码器，所述旋转编码器与所述控制装置电连接，所述支撑油缸、所述调整油缸和所述驱动电机均与所述控制装置电连接。通过控制装置和输入装置提高取样的自动化水平，提高工作效率。

进一步的，所述控制装置包括导航模块，所述控制装置内存储有多种取样路线和取样点位置，所述控制装置能够控制所述移动车按照选定的路线移动。通过导航模块和控制装置的作用能够实现精准按照选取的取样路径进行移动，提升了取样的准确性，保证了土质检测的准确性。

本发明还提供了一种设定层深的土壤取样方法，使用上述的用于设定层深的土壤取样系统，包括以下步骤：

S01：根据取样深度的要求，选择合适长度的套筒和转轴，并将套筒和转轴装配在一起后与驱动组件连接；

S02：通过输入装置选择合适的取样路线；

S03：调整立柱的倾斜角度，使支撑座与地面贴合；

S04：驱动套筒转动进行钻孔，直到套筒达到套筒的设定深度；

S05：将套筒与转轴分离，转轴单独转动进行取样，直到转轴达到转轴的设定深度；

S06：拆卸下一次性收集袋做好标记进行存放，并更换新的一次性收集袋；

S07：循环S04到S06，直到此位置处所有设定深度处的样品取样完成；

S08：调整立柱倾斜角度，保证移动车移动时，立柱不与地面及地面上的物体产生干涉；

S09：移动车移动至下一取样点；

S10：循环S03到S09，直到取样路线上所有取样点完成取样。

通过本方法，能够实现取样时样品不受其他层深土壤的污染，保证严格按照取样路线和取样点进行取样，提升了土样取样的准确性，保证了检测结果的准确性。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本方案提供了一种用于设定层深的土壤取样系统及土壤取样方法，通过套筒和转轴的配合，能够实现先钻孔后再进行取样的方式，一方面能够取任一深度的土壤样品，另外一方面，由于套筒的伸入土层后形成一种隔离效果，能够避免其他深度的土壤的污染，保证取样精度，检查准确；通过钻头能够降低套筒钻孔难度，适合硬度较高的土层；通过收集袋和收集盘的配合，能够在取样的同时直接完成对样品的收集，使用方便，并且采用一次性收集袋，能够避免不同深度的土壤样品污染的可能；通过连接臂、支撑油缸和摆臂的配合，能调整立柱的倾斜角度，避免在移动过程中，立柱与地面其他物体产生磕碰干涉，造成设备的损坏，同时，能够适应有坡度的地形，保证钻孔方向与地面垂直，减少钻孔阻力对设备使用寿命的影响；通过横梁、调整油缸和调整板能够对立柱的角度进行进一步的调整，扩大立柱角度调整范围；通过支撑座能够增强立柱的稳定性；通过控制装置和输入装置提高取样的自动化水平，提高工作效率；通过导航模块和控制装置的作用能够实现精准按照选取的取样路径进行移动，提升了取样的准确性，保证了土质检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述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为本发明具体实施方式一的结构示意图。

图2为本发明具体实施方式一中的收集盘、一次性收集袋、钻头、转轴和套筒的装配结构示意图。

图中，1、移动车，2、控制装置，3、摆臂，4、支撑油缸，5、连接臂，6、调整油缸，7、调整板，8、立柱，9、驱动电机，10、螺杆，11、驱动组件，12、收集盘，13、转轴，14、锁轴，15、套筒，16、钻头，17、支撑座，18、安装板，19、一次性收集袋，20、漏土槽。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

具体实施方式一

如图1至图2所示，本具体实施方式提供了一种用于设定层深的土壤取样系统，包括移动车1、立柱8、安装板18和土壤取样组件；立柱8上设置有滑槽，安装板18的一端设置有滑块，滑块能够在滑槽中移动，立柱8上部设置有驱动电机9，驱动电机9通过螺杆10与安装板18连接，驱动电机9能够带动安装板18上下移动；安装板18上设置有驱动组件11，驱动组件11包括伺服电机和减速机，减速机的输出轴连接有土壤取样组件，土壤取样组件包括套筒15，为了降低钻孔阻力，套筒15外圆周面上设置有钻孔叶片，钻孔叶片呈螺旋状，套筒15内可转动地设置有转轴13，转轴13上端伸出套筒15与减速机输出轴通过联轴器连接，转轴13的长度大于套筒15的长度，为了适合在较硬土层中钻孔，套筒15的下端设置有钻头16，钻头16为空心结构，转轴13能够从钻头16中伸出，转轴13和套筒15能够通过伺服电机和驱动电机9的带动沿立柱8长度方向往复移动，套筒15与转轴13通过锁轴14锁定连接，锁轴14两端插接有锁销，当去掉锁轴14后，转轴13能够单独转动并上下移动，为了实现样品的输送和采集，转轴13外部设置有取样叶片，取样叶片呈螺旋状；通过套筒15和转轴13的配合，能够实现在取样点先钻孔，再进行取样的形式，利用套筒15实现与其他土壤的隔离，避免转轴13在取样时产生土壤的混杂污染，影响取样效果，同时通过转轴13能够取到任何一个设定层深的土壤；为了满足较深层的取样，转轴13还能图伸缩杆连接，伸缩杆再于减速机连接。

为了便于收集开采出的样品，套筒15的上端焊接设置有收集盘12，收集盘12上设置有漏土槽20，收集盘12下方设置有一次性收集袋19，收集盘12上设置有挂环，通过绳子与一次性收集袋19连接，一次性收集袋19与漏土槽20相对设置，一次性收集袋19围绕套筒15；使用方便，并且采用一次性收集袋19，能够避免不同深度的土壤样品污染的可能。

为了钻孔时，套筒15与地面垂直能够有利于套筒15受力均衡，尤其在钻深孔时，对保证受力平衡减少晃动具有显著作用，为了实现在有坡度的地面上垂直钻孔，移动车1与立柱8具体采用以下的连接结构：移动车1两侧铰接有连接臂5，连接臂5均与支撑油缸4的活塞杆铰接，支撑油缸4的缸体与摆臂3连接，摆臂3可转动地设置在移动车1上，摆臂3连接有伺服电机，通过伺服电机代用摆臂3摆动，结合支撑油缸4的伸缩作用，实现连接臂5的转动，为了进一步增大立柱8的调整范围，两个连接臂5之间设置有横梁，横梁上铰接有调整油缸6，调整油缸6的活塞杆铰接有调整板7，调整板7的两端与对应的连接臂5铰接，调整板7与立柱8可拆卸连接，立柱8的下方设置有支撑座17，支撑座17呈U型结构，支撑座17的开口方向与移动车1前进方向一致，支撑座17能够提供稳定支撑进一步减少立柱8的晃动；这样能够在存在坡度的地面上实现垂直钻孔，保证受力平衡，延长设备的使用寿命，适合多种地形使用；通过采用这样的连接形式，立柱8能够被调整到水平状态进行运输，减少与其他物体的碰撞干涉。

为了提升取样的自动化水平和精准度，移动车1包括控制装置2，控制装置2电连接有输入装置和显示装置，输入装置为旋钮，显示装置采用触摸显示屏，驱动组件11上设置有旋转编码器，旋转编码器与控制装置2电连接，支撑油缸4、调整油缸6和驱动电机9均与控制装置2电连接；控制装置2包括导航模块，控制装置2内存储有多种取样路线和取样点位置，控制装置2能够控制移动车1按照选定的路线移动。

具体实施方式二

本具体实施方式提供了一种设定层深的土壤取样方法，使用具体实施方式一中的用于设定层深的土壤取样系统，包括以下步骤：

S01：根据取样深度的要求，选择合适长度的套筒15和转轴13，并将套筒15和转轴13装配在一起后与驱动组件11连接；

S02：通过输入装置选择合适的取样路线；

S03：调整立柱8的倾斜角度，使支撑座17与地面贴合；

S04：驱动套筒15转动进行钻孔，直到套筒15达到套筒15的设定深度；

S05：将套筒15与转轴13分离，转轴13单独转动进行取样，直到转轴13达到转轴13的设定深度；

S06：拆卸下一次性收集袋19做好标记进行存放，并更换新的一次性收集袋19；

S07：循环S04到S06，直到此位置处所有设定深度处的样品取样完成；

S08：调整立柱8倾斜角度，保证移动车1移动时，立柱8不与地面及地面上的物体产生干涉；

S09：移动车1移动至下一取样点；

S10：循环S03到S09，直到取样路线上所有取样点完成取样。

其中，套筒15的设定深度小于转轴13的设定深度，并且套筒15和转轴13下降的深度均可由伺服电机上的旋转编码器获取，并传递给控制装置2，当控制装置2检测到达到相应的设定深度后停止下降，并通过显示装置发出提示。

通过本方法，能够实现取样时样品不受其他层深土壤的污染，保证严格按照取样路线和取样点进行取样，提升了土样取样的准确性，保证了检测结果的准确性。

从以上具体实施方式中可以看出本发明具有以下有益效果：

1、通过套筒15和转轴13的配合，能够实现先钻孔后再进行取样的方式，一方面能够取任一深度的土壤样品，另外一方面，由于套筒15的伸入土层后形成一种隔离效果，能够避免其他深度的土壤的污染，保证取样精度，检查准确；通过钻头16能够降低套筒15钻孔难度，适合硬度较高的土层；

2、通过收集袋19和收集盘12的配合，能够在取样的同时直接完成对样品的收集，使用方便，并且采用一次性收集袋19，能够避免不同深度的土壤样品污染的可能；

3、通过连接臂5、支撑油缸4和摆臂3的配合，能调整立柱8的倾斜角度，避免在移动过程中，立柱8与地面其他物体产生磕碰干涉，造成设备的损坏，同时，能够适应有坡度的地形，保证钻孔方向与地面垂直，减少钻孔阻力对设备使用寿命的影响；

4、通过横梁、调整油缸6和调整板7能够对立柱8的角度进行进一步的调整，扩大立柱8角度调整范围；

5、通过支撑座17能够增强立柱8的稳定性；

6、通过控制装置2和输入装置提高取样的自动化水平，提高工作效率；

7、通过导航模块和控制装置2的作用能够实现精准按照选取的取样路径进行移动，提升了取样的准确性，保证了土质检测的准确性。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等(如果存在)是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。