一种全自动土壤采集装置及其方法、系统

技术领域

本发明属于土壤采集技术领域，特别是涉及一种全自动土壤采集装置及其方法、系统。

背景技术

公开号为CN108871855A专利申请，公开了一种混凝土取样装置，包括底板，所述底板的底部表面的两侧的两端固定安装有滚轮，所述底板的顶部表面的两侧均固定连接有支撑板，并且所述支撑板的内壁均开设有滑槽，所述滑槽的内部滑动连接有滑板，所述滑板的顶部表面居中处固定安装有电机箱，所述电机箱的内部底部表面居中处固定安装有电机，并且所述电机箱的内壁表面设置有电源，本发明涉及取样装置技术领域。该混凝土取样装置，能够将取好的混凝土及时提升，设有的通孔能够及时将电机箱产生的热气散出，减震弹簧能够减小电机工作时产生的噪音，能够对储土箱及取样工具进行降温，同时设有的保护壳和螺旋叶片，能够将混凝土较高效率的取样至储土箱，提高了工作效率。

土质取样是土壤采集不可缺少的步骤，而该申请中所公开的装置取土样柱时，取样智能化程度较低造成取样失败率较高，在土层取土样柱时，取样筒从下土时上层土与取样柱内壁摩擦，当到需要取样深度土层取样时，取出的土样，因取样筒从上层插入造成取样筒内存留各层土质残留，影响土质采集结果，且向上拔土样时容易在土样柱中间断层，造成取样失败，即使拔出土样柱，土样柱与空气接触破坏了土样柱采集的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动土壤采集装置及其方法、系统，通过数据接收处理单元向驱动单元发出钻土单元驱动信号，便于钻头带动取样筒到达预定深度，对此深度的土层取样；数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，当取样受阻时，感应单元向数据接收处理单元发出受阻信号，便于当刀片遇到石子、砂浆灯硬物时，向提醒操作者稍微改变深度然后再次取样，进而降低因刀片无法伸出导致取样失败的几率；数据接收处理单元发出受阻信号，并向驱动单元发出钻土单元驱动信号，便于钻头带动取样筒继续下钻更改土层深度；数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，便于刀片在将土壤样本被包裹在该半球状壳体结构后，刀片自动停止，进而将土壤样本被包裹在该半球状壳体结构内，降低取样土柱被空气污染的几率，便于土壤样本被取出后在无菌实验室根据现有样本的深度对土样柱的顶端和底端进行切除，对周侧进行去边，进而只保留需要指定深度范围的土层的样品土柱，提高了取样的成功率，解决了上述现有技术中存在的问题。

为达上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种全自动土壤采集系统，包括数据接收处理单元、感应单元、驱动单元、钻土单元、取样单元；

数据接收处理单元，用于接收感应单元发出的受阻信号，向驱动单元发出驱动信号和关闭信号；

感应单元，用于在取样受阻时向数据接收处理单元发出受阻信号；

驱动单元，用于接收数据接收处理单元发出的驱动信号和关闭信号，用于开启或关闭钻土单元、取样单元；

其中，驱动信号分为钻土单元驱动信号和取样单元驱动信号，关闭信号关闭钻土单元驱动信号和取样单元关闭信号。

一种全自动土壤采集方法，包括：

S1：数据接收处理单元向驱动单元发出钻土单元驱动信号，设备工作开始钻土，当达到指定深度阈值时自动停止工作；

S2：数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，设备开设取样，当取样受阻时，感应单元向数据接收处理单元发出受阻信号；

S3：数据接收处理单元发出受阻信号，并向驱动单元发出钻土单元驱动信号，设备工作开始钻土，当达到指定深度阈值时自动停止工作，数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，设备开设取样，当取样组件达到指定位置后自动关闭。

一种全自动土壤采集装置，包括：钻头，钻头包括钻身、钻尖，钻身底端开设有第一槽口，钻尖滑动配合在第一槽口内，钻身内壁的下部开设有多个第二槽口，第二槽口内弹性配合有插销，钻尖周侧开设有与插销相对应的限位槽；

第一槽口内滑动配合有取样筒，取样筒内滑动配合有密封塞，且钻尖的上端与密封塞底端贴合，密封塞上端与第一槽口的槽底之间固定有支撑杆；

取样筒底端开设有第一环形槽，第一环形槽底端开设有第二环形槽，取样筒上端开设有与第二环形槽连通的多个第一孔洞，且第一环形槽纵截面为扇形，第一孔洞内滑动配合有第一杆体，第一杆体底端装设有刀片，刀片横截面为扇形，刀片底端设有尖端；

取样筒外壁设有多个槽道组件，槽道组件包括依次开设在从取样筒上端到下端的第一槽道、第二槽道、第三槽道，且第一槽道与第二槽道的连通处呈缩口状。

可选的，插销一端为圆柱状结构，且圆柱状结构弹性配合在第二槽口内，插销另一端为圆锥状结构，钻尖上部位于取样筒内，限位槽开设在取样筒上部周侧。

可选的，取样筒上端装设有第一圆环，第一圆环周向阵列有与第一杆体相对应的第二孔洞，且第一杆体滑动配合在第二孔洞内。

可选的，第一槽口内滑动配合有第二圆环，第二圆环位于第一圆环上方，第一圆环与第二圆环之间装设有四个连接杆。

可选的，多个第一杆体上端装设有第三圆环，第二圆环与第三圆环之间装设有四个第一电动推杆。

可选的，第一槽口的槽底装设有四个第二电动推杆，第二电动推杆的输出端装设有电机，电机的输出端装设有螺纹杆，且螺纹杆与第二圆环螺纹配合。

可选的，支撑杆位于第一圆环、第二圆环内。

可选的，第二圆环上端开设有与螺纹杆相对应的螺纹孔，且螺纹杆螺纹配合在螺纹孔内，钻尖底端为圆锥体结构，钻尖上部为圆柱状结构，插销位于槽道组件下方，插销一端与第二槽口底端之间装设有弹簧。

本发明的实施例具有以下有益效果：

本发明的一个实施例通过数据接收处理单元向驱动单元发出钻土单元驱动信号，便于钻头带动取样筒到达预定深度，对此深度的土层取样；数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，当取样受阻时，感应单元向数据接收处理单元发出受阻信号，便于当刀片遇到石子、砂浆灯硬物时，向提醒操作者稍微改变深度然后再次取样，进而降低因刀片无法伸出导致取样失败的几率；数据接收处理单元发出受阻信号，并向驱动单元发出钻土单元驱动信号，便于钻头带动取样筒继续下钻更改土层深度；数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，便于刀片在将土壤样本被包裹在该半球状壳体结构后，刀片自动停止，进而将土壤样本被包裹在该半球状壳体结构内，降低取样土柱被空气污染的几率，便于土壤样本被取出后在无菌实验室根据现有样本的深度对土样柱的顶端和底端进行切除，对周侧进行去边，进而只保留需要指定深度范围的土层的样品土柱，提高了取样的成功率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的立体结构示意图；

图2为本发明一实施例的剖视图；

图3为本发明一实施例的取样筒立体结构示意图；

图4为本发明一实施例的取样筒剖视图；

图5为本发明一实施例的刀片剖视图；

图6为图2中A处结构示意图；

图7为本发明一实施例的钻头剖视图；

图8为图4中B处结构示意图；

图9为本发明一实施例的流程图；

图10为本发明一实施例的第一槽口剖视图；

图11为本发明一实施例的取样筒剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

钻头1，钻身2,钻尖3，第一槽口4，第二槽口5，插销6，取样筒7,密封塞8，支撑杆9，限位槽10，第一环形槽11，第二环形槽12，第一孔洞13，第一杆体14，刀片15，第一槽道16，第三槽道17，第二槽道18，第一圆环19，第二孔洞20，第二圆环21，连接杆22，第三圆环23，第一电动推杆24，第二电动推杆25，电机26，螺纹杆27，螺纹孔28，弹簧29。

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，本发明省略了已知功能和已知部件的详细说明。

请参阅图1-11所示，在本实施例中提供了一种全自动土壤采集系统，包括：数据接收处理单元、感应单元、驱动单元、钻土单元、取样单元；

数据接收处理单元，用于接收感应单元发出的受阻信号，向驱动单元发出驱动信号和关闭信号；

感应单元，用于在取样受阻时向数据接收处理单元发出受阻信号；

驱动单元，用于接收数据接收处理单元发出的驱动信号和关闭信号，用于开启或关闭钻土单元、取样单元；

其中，驱动信号分为钻土单元驱动信号和取样单元驱动信号，关闭信号关闭钻土单元驱动信号和取样单元关闭信号。

一种全自动土壤采集方法，包括：

S1：数据接收处理单元向驱动单元发出钻土单元驱动信号，设备工作开始钻土，当达到指定深度阈值时自动停止工作，便于钻头1带动取样筒7到达预定深度，对此深度的土层取样；

S2：数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，设备开设取样，当取样受阻时，感应单元向数据接收处理单元发出受阻信号，其中，刀片15的尖端设有压力感应器，数据接收处理单元为PC或用户手机；

便于当刀片15遇到石子、砂浆灯硬物时，向提醒操作者稍微改变深度然后再次取样，进而降低因刀片15无法伸出导致取样失败的几率；

S3：数据接收处理单元发出受阻信号，并向驱动单元发出钻土单元驱动信号，设备工作开始钻土，当达到指定深度阈值时自动停止工作，便于钻头1带动取样筒7继续下钻更改土层深度，数据接收处理单元向驱动单元发出取样单元驱动信号，设备开设取样，当取样组件达到指定位置后自动关闭，便于刀片15在将土壤样本被包裹在该半球状壳体结构后，刀片15自动停止，进而将土壤样本被包裹在该半球状壳体结构内，降低取样土柱被空气污染的几率。

其中，取样筒7的高度大于需要取样土层的深度范围；

当土壤样本被取出后在无菌实验室根据现有样本的深度对土样柱的顶端和底端进行切除，对周侧进行去边，进而只保留需要指定深度范围的土层的样品土柱，提高了取样的成功率。

一种全自动土壤采集装置，包括：钻头1，钻头1包括钻身2、钻尖3，钻身2底端开设有第一槽口4，钻尖3滑动配合在第一槽口4内，钻身2内壁的下部开设有多个第二槽口5，第二槽口5内弹性配合有插销6，钻尖3周侧开设有与插销6相对应的限位槽10；

第一槽口4内滑动配合有取样筒7，取样筒7内滑动配合有密封塞8，且钻尖3的上端与密封塞8底端贴合，密封塞8上端与第一槽口4的槽底之间固定有支撑杆9；

取样筒7底端开设有第一环形槽11，第一环形槽11底端开设有第二环形槽12，取样筒7上端开设有与第二环形槽12连通的多个第一孔洞13，且第一环形槽11纵截面为扇形，第一孔洞13内滑动配合有第一杆体14，第一杆体14底端装设有刀片15，刀片15横截面为扇形，刀片15底端设有尖端；

取样筒7外壁设有多个槽道组件，槽道组件包括依次开设在从取样筒7上端到下端的第一槽道16、第二槽道18、第三槽道17，且第一槽道16与第二槽道18的连通处呈缩口状。

本实施例的插销6一端为圆柱状结构，且圆柱状结构弹性配合在第二槽口5内，插销6另一端为圆锥状结构，钻尖3上部位于取样筒7内，限位槽10开设在取样筒7上部周侧。

本实施例的取样筒7上端装设有第一圆环19，第一圆环19周向阵列有与第一杆体14相对应的第二孔洞20，且第一杆体14滑动配合在第二孔洞20内。

本实施例的第一槽口4内滑动配合有第二圆环21，第二圆环21位于第一圆环19上方，第一圆环19与第二圆环21之间装设有四个连接杆22。

本实施例的多个第一杆体14上端装设有第三圆环23，第二圆环21与第三圆环23之间装设有四个第一电动推杆24。

本实施例的第一槽口4的槽底装设有四个第二电动推杆25，第二电动推杆25的输出端装设有电机26，电机26的输出端装设有螺纹杆27，且螺纹杆27与第二圆环21螺纹配合。

本实施例的支撑杆9位于第一圆环19、第二圆环21内。

本实施例的第二圆环21上端开设有与螺纹杆27相对应的螺纹孔28，且螺纹杆27螺纹配合在螺纹孔28内，钻尖3底端为圆锥体结构，钻尖3上部为圆柱状结构，插销6位于槽道组件下方，插销6一端与第二槽口5底端之间装设有弹簧29。

其中，刀片15为金属板结构，如不锈钢板，厚度在3mm-20mm之间。

本实施例一个方面的应用为：当钻头1钻到设定深度后，然后开启第二电动推杆25推动第二圆环21，第二圆环21带动连接杆22、第一圆环19、取样筒7滑动，且第二圆环21带动第一电动推杆24、第三圆环23、第一杆体14滑动，此时取样筒7的下端逐渐从钻头1内伸出，当取样筒7的下端接触到插销6的圆锥状结构处时，逐渐推动插销6向第二槽口5内收缩，直至不再阻碍取样筒7从钻头1内伸出的动作，即插销6的圆锥状结构处在槽道组件内滑动；过程中，在密封塞8的作用下，取样筒7内的气体通过透气孔排至第一槽口4的槽底与第二圆环21所形成的空间内；

取样筒7从第一槽口4内滑出的部分插入土里时，开启第一电动推杆24带动第三圆环23滑动，第三圆环23推动第一杆体14、刀片15向第一槽口4的槽口处滑动，因第一环形槽11是竖截面为扇形的曲面，多个刀片15经第一环形槽11曲面内壁弯曲滑出第一环形槽11，直至多个刀片15从第一环形槽11内滑出的部分组成半球状壳体结构，此时土壤样本被包裹在该半球状壳体结构内；

取样结束后，转动钻头1带动取样筒7螺旋上升，然后开启电机26带动螺纹杆27从螺纹孔28内转出，进而从第一槽口4取出取样筒7。需要注意的是，本申请中所涉及的所有用电设备可通过蓄电池供电或外接电源。

取样筒7外侧的土经第一槽道16挤压成条，然后滑入第二槽道18、第三槽道17。

通过设置插销6另一端为圆锥状结构，便于滑出或插入取样筒7，插销6位于槽道组件下方，便于在取样筒7滑出前堵住第一槽道16，降低钻头1工作时钻出的土进入第一槽道16堵住第一槽道16，第三槽道17，第二槽道18，影响取样筒7滑出第一槽口4的几率，通过设置钻头1包括钻身2、钻尖3，便于通过分离式钻头1在对钻头1工作影响极小的情况下将取样筒7滑动配合在第一槽道16，在不拔出钻头1的情况下密封取样，降低取样土柱被空气污染的几率，提高取样速度，通过在取样筒7内滑动配合有密封塞8，且钻尖3的上端与密封塞8底端贴合，取样筒7取样时，密封塞8推动取样筒7内气体排出，降低取样土柱被取样筒7内气体污染的几率，通过在密封塞8上端与第一槽口4底端之间装设有支撑杆9，增强钻尖3的稳定性，降低对钻头1工作影响，如图8所示，因第一环形槽11是竖截面为扇形的曲面，多个刀片15经第一环形槽11曲面内壁弯曲滑出第一环形槽11，直至多个刀片15从第一环形槽11内滑出的部分组成半球状壳体结构，此时土壤样本被包裹在该半球状壳体结构内，降低取样土柱被空气污染的几率，提高取样速度，通过设置第一槽道16、第二槽道18、第三槽道17依次连通，第一槽道16、第三槽道17截面均为等腰梯形，第一槽道16的宽度从取样筒7底端向上逐渐减小，第二槽道18的宽度从靠近第一槽道16一端向靠近第三槽道17一端逐渐增大，便于取样筒7滑出第一槽口4插入土里时，取样筒7外侧的土经第一槽道16挤压成条，然后滑入第二槽道18、第三槽道17，降低取样筒7外表面与取样筒7插出的土孔内壁的接触面积，降低螺旋转出钻头1时取样筒7与土孔内壁的摩擦力。

上述实施例可以相互结合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。