一种用于安装观测探管的地面打孔装置的制作方法

本发明涉及土壤观测设备地面安装技术领域，具体涉及一种实验仪器安装装置，特别是涉及一种用于测定土壤水分、根系密度等观测探管的地面打孔装置。

背景技术：

土壤张力计、时域反射技术(tdr)、微根窗技术等是研究土壤水分、植物根系生态等常用的试验装置和技术，其仪器安装的关键是与土壤直接接触的仪器探管的安装。探管的安装目前主要是用土钻钻一个深度与大小与探管长度和直径相符的孔，然后将探管插入孔中。这种方法在实际操作中主要存在几方面的局限和问题：第一，土钻打孔主要利用人力，在打孔过程中很难做到笔直用力，土钻很容易晃动，很容易造成对土壤和植物根系的扰动，破坏了土壤和植物根系原有结构，造成测量错误；第二，土钻打出的孔，由于旋转下扎，摆动较大，容易造成实际孔径大于探管，造成探管与土壤不能紧密接触，从而影响测量结果；第三，土钻打孔用于安装垂直探管比较方便，不能应用于有一定角度要求的探管安装。

例如，中国专利文献cn105784777a中公开了一种可用于剖面土壤水分测量系统的预打孔装置，该装置仅可用于在一个预先打好的垂直孔中通过探针插入土壤挤压出用于安装探针的小孔，如果是直径较大的观测探管，则单纯通过挤压土壤形成的小孔很容易直径回缩，会导致观测探管插入困难或造成损坏。另外这种打孔装置也不适合打具有一定倾斜角度的探孔。

另外，建筑领域施工用的大型钻孔设备振动太大，对周围土壤的扰动也太大，完全不适合用于土壤观测探管的打孔安装，且其结构庞大复杂，不适于研究用野外便携使用。类似的，农业种植领域也有使用旋转打孔的设备，旋转钻头对土壤和植物根系也会造成扰动，也会造成测量错误。而小型农用插入式打孔设备缺乏稳定和定位结构，打孔时容易偏离方向，会导致土壤和根系扰动，且人工用力方向不准导致孔径折转变化不定，会导致探管插入困难或损坏，探管与孔壁土壤的接触也不紧密，导致测量结果不准。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于安装观测探管的地面打孔装置，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于安装观测探管的地面打孔装置，包括一个中空的进地钢管，所述进地钢管的下端具有适于插入地面的尖端，上端具有适于向下用力的把手，其中，所述地面打孔装置进一步包括一个可通过地锚固定在地面上的底板，所述底板上方平行设置有两个竖直的支撑耳片，所述两个支撑耳片之间可转动地支撑有一个导向套筒，所述进地钢管设置在所述导向套筒中由所述导向套筒支撑所述进地钢管沿所述导向套筒设定的角度插入地面并带出土壤形成适于安装观测探管的孔洞。

优选地，所述导向套筒垂直焊接在一个支撑轴上，所述支撑轴的两端通过轴承可转动地支撑在所述两个支撑耳片之间。

优选地，所述导向套筒上垂直焊接有一个平行于所述支撑轴并可随着所述导向套筒一起转动的角度固定螺栓；所述两个支撑耳片上各对称设置有一个供所述角度固定螺栓穿过的弧形槽口；所述角度固定螺栓的末端设置有锁定所述角度固定螺栓在所述弧形槽口中设定的角度位置处的固定螺母。

优选地，所述弧形槽口的曲率中心位于所述支撑轴的轴线上。

优选地，所述底板由钢板制成，其上设置有多个适于安装地锚的锚孔以及一个适于所述进地钢管的所述尖端穿过的通孔，所述通孔沿平行于所述支撑耳片的方向伸展为长条形。

优选地，所述底板大体上设置为t字形结构，包括垂直于所述通孔的长度方向的横板以及平行于所述通孔的长度方向并沿所述横板向后方延伸的的纵板，所述纵板的末端设置有适于下压所述进地钢管时踩踏压住所述底板的第一踩踏部，所述横板的两端分别设置有适于下压所述进地钢管时踩踏压住所述底板的第二踩踏部。

优选地，邻近所述尖端的所述进地钢管上设置有一个沿所述进地钢管的长度方向延伸的掏土槽，所述掏土槽的下端与所述尖端不连通。

优选地，所述把手焊接在邻近所述进地钢管的上端的两侧，所述进地钢管的上端具有连通所述进地钢管内部的上端口，所述上端口可用于插入通条捅出所述进地钢管内部的土壤。

优选地，所述底板上设置有测量水平的水平泡。

优选地，所述导向套筒上固定安装有手动绞盘，所述手动绞盘与所述把手之间连接有绞绳，所述手动绞盘通过缠绕所述绞绳带动所述进地钢管向下沿所述导向套筒设定的角度挤入地面。

本发明的上述地面打孔装置利用下压力轻柔的切开土壤，结构简单易于操作，不会对土壤和植物根系造成扰动，并且本发明的打孔装置提供了可以稳定进地钢管的打孔角度的底板以及导向套筒，打孔过程不会产生方向偏离，可以很方便的设定所需的打孔角度，打出的孔洞直，孔壁光滑，对土壤和根系的扰动小，孔洞的直径均一，与探管的接触适中，有利于获得更精确的测量结果。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于安装观测探管的地面打孔装置的结构示意图；

图2显示的是本发明的用于安装观测探管的地面打孔装置从另一个视角观察的结构示意图；

图3显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于安装观测探管的地面打孔装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

基于现有技术所存在的各种问题，本发明提供了一种结构简单、重量轻便易于携带和轻柔手动操作的可用于测定土壤水分、根系密度等观测探管的地面打孔装置，即，本发明的上述打孔设备为一种可用于安装观测探管的地面打孔装置，其结构如图1-3所示，其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的用于安装观测探管的地面打孔装置的结构示意图；图2显示的是本发明的用于安装观测探管的地面打孔装置从另一个视角观察的结构示意图；图3显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于安装观测探管的地面打孔装置的结构示意图。

参见附图，本发明的所述地面打孔装置包括一个中空的进地钢管1，进地钢管1的下端具有适于插入地面的尖端11，上端具有适于向下用力的把手12，除此之外，本发明的地面打孔装置进一步包括一个可通过地锚10固定在地面上的底板2，底板2上方平行设置有两个竖直的支撑耳片21，两个支撑耳片21之间可转动地支撑有一个导向套筒3，所述进地钢管1设置在导向套筒3中由所述导向套筒3支撑所述进地钢管1沿所述导向套筒3设定的角度插入地面并带出土壤形成适于安装观测探管的孔洞。

本发明的地面打孔装置在操作的时候，可以先将底板2置于测量现场的地面上，用地锚10固定在地面上，使用地锚10的数量可以根据现场土质牢固程度和施工便捷程度进行增减，图1-2中显示使用了三个地锚10，还有三个地锚孔26并未用到。底板2固定之后，调整导向套筒3的角度并固定住，将进地钢管1插入导向套筒3，双手抓住把手12用力下压，利用进地钢管1的尖端11对土壤进行挤压切开地面，随后进地钢管1沿着导向套筒3设定好的角度逐渐轻柔地插入土壤，被切开的土壤进入进地钢管1的内部，到达观测探管的安装深度之后，双手抓住把手12向上拔出进地钢管1直至脱离导向套筒3，此时地面上就形成了一个直径正好等于进地钢管1的外径的孔洞，孔洞中原先的土壤已经被进地钢管1带出了地面，形成的孔洞就可以顺利的安装观测探管了。由此可见，本发明的上述地面打孔装置利用下压力轻柔的切开土壤，结构简单易于操作，不会对土壤和植物根系造成扰动，并且本发明的打孔装置提供了可以稳定进地钢管的打孔角度的底板以及导向套筒，打孔过程不会产生方向偏离，可以很方便的设定所需的打孔角度，打出的孔洞直，孔壁光滑，对土壤和根系的扰动小，孔洞的直径均一，与探管的接触适中，有利于获得更精确的测量结果。

进一步地，在一个具体实施例中，导向套筒3垂直焊接在一个支撑轴22上，支撑轴22的两端通过轴承可转动地支撑在所述两个支撑耳片21之间。

在另一个具体实施例中，导向套筒3上还垂直焊接有一个平行于所述支撑轴22并可随着所述导向套筒3一起转动的角度固定螺栓23；所述两个支撑耳片21上各对称设置有一个供所述角度固定螺栓23穿过的弧形槽口24；所述角度固定螺栓23的末端设置有锁定所述角度固定螺栓23在所述弧形槽口24中设定的角度位置处的固定螺母232(图2、3)。特别需要指出的是，支撑轴22和角度固定螺栓23需要平行设置，否则导向套筒3在转动的时候，角度固定螺栓23会与弧形槽口24发生挤压摩擦甚至卡死，影响设备的测量精度。角度固定螺栓23和弧形槽口24的设置，提供了固定导向套筒3的角度的有效支撑和固定结构，结构简单有效，便于野外环境利用扳手进行操作。

为了便于设定角度，在一个优选实施例中，两个支撑耳片21的表面沿着所述弧形槽口24标示有角度刻度(如图1所示)，在需要对设定角度的土壤和根系进行检测的时候，可以转动导向套筒3，使得角度固定螺栓23对准支撑耳片21上的角度刻度锁定即可，便于操作锁定，省略了现场角度测量的麻烦。进一步优选地，还可以在底板2上设置测量水平的水平泡19，布置底板的时候通过水平泡19找平，则有利于设置精确的插入角度。

优选地，所述弧形槽口24的曲率中心正好位于所述支撑轴22的轴线上，因为角度固定螺栓23的转动中心是位于支撑轴22的轴线上的，因此设定弧形槽口24的曲率中心正好位于所述支撑轴22的轴线上，可以使得弧形槽口24的宽度保持最小，便于固定螺母232的外缘能够很好锁定在弧形槽口24的外侧，无须提供额外的加宽垫片，减少了零件数量。

进一步地，所述底板2由钢板制成，其上设置有多个适于安装地锚10的锚孔26以及一个适于进地钢管1的所述尖端11穿过的通孔27，通孔27沿平行于支撑耳片21的方向伸展为长条形。进地钢管11插入地面需要一定的空间，不能被底板2挡住。本发明通过设置长条形的通孔27，一方面提供了插入地面的空间，另一方面，通孔27周边的底板2可以将进地钢管1的插入位置旁边的土壤盖住，保持了插入位置周边的土壤稳定，更加易于形成孔壁光滑的孔洞，有利于获得更加准确的测量结果。优选通孔27的宽度为进地钢管11的外径的2-3倍，宽度太小不利于观察定位以及操作，宽度太大起不到压住周边土壤的作用。

进一步地，底板2大体上设置为t字形结构，包括垂直于通孔27的长度方向的横板以及平行于通孔27的长度方向并沿所述横板向后方延伸的的纵板，纵板的末端设置有适于下压所述进地钢管1时踩踏压住所述底板2的第一踩踏部28，所述横板的两端分别设置有适于下压所述进地钢管1时踩踏压住所述底板2的第二踩踏部29。t字形结构的底板2可以获得三个便于踩踏的踩踏部，且t字形结构可以使得这三个踩踏部尽量向远处延伸，以获得更大的力臂，便于通过较小的力获得更大的力矩将整个底板2稳定在地面上，同时t字形结构可以去除多余的不适于获得最优踩踏效果的底板部分，可以减轻底板的重量，便于携带。

在另一个具体实施例中，如图1-3所示，邻近进地钢管1的尖端11的所述进地钢管1上设置有一个沿所述进地钢管1的长度方向延伸的掏土槽13，所述掏土槽13的下端与所述尖端11不连通。由于进地钢管1在地面形成孔洞之后将土壤带出了地面，需要将进地钢管1中的土壤弄出来，在又一个优选实施例中，把手12焊接在邻近进地钢管1的上端的两侧，进地钢管1的上端具有连通进地钢管1内部的上端口14，上端口14可用于插入通条18捅出所述进地钢管1内部的土壤。即便如此，由于通条18的直径小于进地钢管1的内径，当土壤粘性较大时，有部分土壤会粘黏在进地钢管1的内壁上。少量的土壤粘黏在进地钢管1内部问题也并不大，但是如果是粘黏并干结在进地钢管1的尖端11附近，则下次操作的时候，尖端11对地面的切割力会受损，钝头切土操作起来很费力且容易扰动土壤。因此，本发明在尖端11附近设置有掏土槽13，用于通过铁丝、树枝之类的伸入进地钢管1将干结的土块或者卡死的石头等慢慢剥离出来，避免强硬通过通条18操作损坏尖端11或者使进地钢管1的内部出现大的划痕，影响地面形成的孔洞的孔壁的光滑性。另外，掏土槽13不能延伸与尖端11连通，否则就会在尖端11位置形成豁口，形成的豁口在切割土壤的时候会扰动孔壁，使得孔壁不光滑，影响测量的精确性。

在图3所示的另一个具体实施例中，相对图1-2所示实施例提供了一些改进，如图3所示，在本实施例中，导向套筒3上固定安装有手动绞盘51，手动绞盘51与把手12之间连接有绞绳52，手动绞盘51通过缠绕绞绳52带动进地钢管1向下沿导向套筒3设定的角度挤入地面。图3中相对于前述实施例，在导向套筒3上增加了手动绞盘51和绞绳52的设计，操作时可以侧身双脚各踩住一个第一踩踏部28和第二踩踏部29，操作手动绞盘51，通过手动绞盘51的转动力矩施加在把手12上，以驱动进地钢管1向下运动，通过设计合适直径的手动绞盘51，可以达到省力的效果。相较于前述手动下压的方式，本实施例的绞盘设计能够使得进地钢管1的向下运动更加均衡轻柔缓慢，对土壤的扰动更小，土壤上获得孔洞更加稳定规整，有利于获得更好的测量结果。另外，手动绞盘51设置与导向套筒3相连，因而手动绞盘51和绞绳52的位置不会随着导向套筒3的角度变化而改变，无须根据不同的角度重新设置，简化了操作，降低了偶然因素的干扰。

另外，图3中，仅仅在导向套筒3的一侧增加了手动绞盘51和绞绳52的设计，当然，也可以根据需要，在另一侧对称设置一个联动的手动绞盘51，例如，可以在导向套筒3上垂直焊接一个平行于所述支撑轴22以及角度固定螺栓23并可随导向套筒3一起转动的轴套(图中未示出)，在轴套中设置一个可转动的转轴，在转轴两端分别固定设置一个分置于导向套筒3两侧的所述手动绞盘51，两个手动绞盘51可以联动操作，通过缠绕绞绳52带动进地钢管1向下运动。这种联动操作的绞盘设计可以更加均衡地向下用力，操作时可以双脚跨过导向套筒1，分别踩住一个第二踩踏部29，两只手分别操作一个绞盘的曲柄，一方面通过整个人体重量压住底板2，另一方面双手用力可以进一步降低劳动强度。

综上所述，本发明的上述地面打孔装置利用下压力轻柔的切开土壤，结构简单易于操作，不会对土壤和植物根系造成扰动，并且本发明的打孔装置提供了可以稳定进地钢管的打孔角度的底板以及导向套筒，打孔过程不会产生方向偏离，可以很方便的设定所需的打孔角度，打出的孔洞直，孔壁光滑，对土壤和根系的扰动小，孔洞的直径均一，与探管的接触适中，有利于获得更精确的测量结果。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。