一种低扰动土壤取样装置及其取样方法与流程

本发明涉及土壤检测技术领域，尤其是涉及一种低扰动土壤取样装置及其取样方法。

背景技术：

目前，土壤取样器是在进行环境监测中经常用到的工具，通过取样器取出土壤样本，然后对土壤样本进行分析以得出土壤内含的各种成分。例如公告号为cn204789028u的专利公开了一种土壤取样器，包括手柄和与手柄活动连接的取样杆，所述取样杆活动连接的取样杆i和取样杆ii，所述的取样杆i和取样杆ii均为套筒式结构；所述的取样杆i和手柄铰接；所述的取样杆ii的下部活动连接有取样管；所述的取样管上有取样口。采用了上述的伸缩式套筒结构的取样器，携带时将手柄向上折叠，并且按住弹簧定位销将取样杆i和取样杆ii同时推进取样管，减小了取样器的长度，便于携带。取土管侧面的取样口可保证土壤易于进入取土管，同时，配合使用刮刀可将不易取下的土壤刮落下来。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在采集泥土松软的土壤样本时，因土壤和土壤之间、土壤和取样杆内壁之间的粘性较低，以使得在将取样杆从泥土取出的过程中，取样杆内的土壤会从取样口出掉落，采集到的土壤样本的完整性遭到了破坏，对获取到的样本数据的准确性造成一定的影响，需要对此进行改进。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种低扰动土壤取样装置。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种低扰动土壤取样装置，包括取样筒，所述取样筒的一端开口，所述取样筒的开口端上转动连接有通闭所述取样筒的挡板，所述取样筒上设有限制挡板转动后遮挡取样筒开口的限位件，所述取样筒内与开口端相对的一端凸设有在土壤的挤压下触发限位件解除对挡板限位的触发装置。

通过采用上述技术方案，令取样筒插入到地下，在取样筒下压的过程中泥土从取样筒的开口处进入到取样筒内，直到取样筒内的土壤挤压到触发装置，触发装置触发挡板脱离限制件的限制后转动遮挡在取样筒的开口处，进而在取出取样筒的过程中，取样筒内的土壤样本不易从取样筒内掉出，进而使得所取的土壤样本不易被损坏，有利于提高土壤检测数据的准确性。通过取样筒内土壤的高度作为触发条件，无需手动闭合挡板，提高了挡板闭合的便利性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述取样筒上沿取样筒的长度方向开有滑槽，所述限位件包括与所述滑槽滑动连接的解锁杆，所述取样筒上转动连接有转轴，所述转轴的一端插接于所述挡板并与挡板固定连接，所述解锁杆竖直朝向转轴设置，所述解锁杆的一端沿转轴的中心轴方向穿过转轴并与转轴滑动连接，所述解锁杆插入转轴的一端包括矩形部和圆柱部，所述矩形部靠近转轴的穿出端，所述圆柱部靠近转轴的穿进端，所述矩形部的长度大于圆柱部，所述触发装置包括驱动解锁杆滑动以使得矩形部伸出转轴外的触发件。

通过采用上述技术方案，在土壤挤压到触发装置以使得触发装置触发解锁杆时，解锁杆向下滑动以使得解锁杆的矩形部脱离转轴，转轴脱离了解锁杆的限制后，挡板在触发装置的作用下随着转轴的转动出现摆动，挡板封堵在取样筒的开口处，进而使得所取得的土壤样本不易从取样筒的开口处漏出，进而保持了取样筒所取得的土壤样本的完整性。通过一开始将矩形部插接在转轴内，矩形部棱边与转轴接触，进而对转轴的自传具有限制作用，进而使得在触发件未触发解锁杆的情况下，转轴处于静止状态，取样筒保持打开的状态，以便土壤进入到取样筒内。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述触发件包括摆杆，所述取样筒的内壁上开有与所述滑槽连通的通孔，所述摆杆的一端从通孔出伸进滑槽内，所述摆杆与所述通孔摆动连接，所述解锁杆上沿解锁杆的长度方向凹陷有凹槽，所述摆杆伸进滑槽的一端伸进凹槽内并与凹槽的槽壁抵接，所述摆杆远离凹槽的一端伸出在取样筒内，所述取样筒的内壁与所述摆杆之间固定连接有复位扭簧。

通过采用上述技术方案，土壤不断的进入到取样筒内，取样筒内的土壤的高度不断的增高，直到土壤接触到摆杆并挤压摆杆以使得摆杆绕摆杆与取样筒的连接点处进行摆动，摆杆与凹槽抵接的一端对解锁杆施加向下的推力，解锁杆沿着滑槽滑动，进而使得矩形部脱离转轴，转轴带动挡板转动以封堵取样筒的开口端。通过土壤驱动摆杆转动以进一步的驱动解锁杆滑动，进而实现对挡板的解锁，控制进入到取样筒内土壤的数量，有利于对土壤样本的采集，以使得土壤的采集更具灵活性。复位扭簧可以在解除对摆杆的挤压后，复位扭簧对摆杆施加扭力以使得摆杆复位，以等待下一次的驱动。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述触发装置还包括限位扭簧，所述限位扭簧套接于所述转轴，所述限位扭簧的一端与所述取样筒的内壁固定连接，所述限位扭簧的另一端与所述挡板固定连接。

通过采用上述技术方案，利用限位扭簧的扭力，在解锁杆解除对转轴的限制后，挡板在限位弹簧的驱动下转动进而封闭取样筒的开口端，进而使得取样筒内的土壤样本在取样筒上升的过程不易掉出，提高了土壤样本采集的完整性，进而提高了土壤样本检测数据的准确性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述挡板设置有若干块，若干所述挡板绕所述取样筒的圆周分布。

通过采用上述技术方案，通过设置多块挡板以分散多个方向的力对土壤进行切割，有利于挡板在转动时可以将取样筒开口端处的土壤与取样筒外的土壤切断，挡板对土壤的切断效果较佳，切断速度较快，可以及时将取样筒的开口闭合。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述挡板成弧形设置，所述取样筒的内壁上凹陷有收纳槽，所述挡板与所述收纳槽滑动连接。

通过采用上述技术方案，通过将挡板收纳在取样筒的内壁上，以使得在使用取样筒取土时，挡板不易遮挡住土壤进入取样筒内，提高了取样筒的取样效果。通过将挡板的凸起部位与收纳槽滑动连接，以使得挡板在转动以闭合取样筒时，挡板成一定的弧度切割土壤，有利于将取样筒开口处的土壤切断后遮挡在取样筒的开口处，提高了挡板对土壤的切割效果。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述取样筒的内壁上固定连接有电机，所述电机的转动轴与所述转轴同轴固定，所述取样装置还包括安装在取样筒内的控制电路，所述控制电路包括：

检测模块，安装在所述取样筒的内壁上用来检测取样筒内土壤高度并输出检测信号；

判断模块，耦接于检测模块以接收转换信号并设有高度阈值信号以在检测信号大于阈值信号时输出控制信号；

控制模块，耦接于所述判断模块并响应于控制信号控制电机转动直至若干挡板闭合取样筒开口。

通过采用上述技术方案，通过检测模块检测进入到取样筒内土壤的高度以实时监控进入到取样桶内的土壤量，判断模块在判断出接收到的检测信号大于高度阈值信号时，向控制模块传输控制信号以使得控制模块控制电机转动以驱动挡板转动，挡板在电机的带动下，克服土壤的阻力实现遮挡在取样筒的开口处，通过电机的驱动，以在土壤较坚硬的情况下，挡板也可以切开土壤实现闭合，以使得取样筒内的土壤不易掉落，提高了取样土壤的完整性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述取样筒包括左筒和右筒，所述左筒或所述右筒上设有限制所述左筒和所述右筒分离的限制件。

通过采用上述技术方案，通过将取样筒设置成可以分解的两半，以使得在将取样筒从地下取出之后，可以直接解锁限制件以使得左筒和右筒分离，以便可以将取样土壤较完整的取出进行检测分析，有利于检测人员观察取样土壤的分层情况，以提高土壤检测的准确性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述限制件包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件穿过所述左筒后与所述右筒螺纹连接。

通过采用上述技术方案，通过螺纹紧固件直接将左筒和右筒锁紧，左筒和右筒之间连接稳固，以在将取样筒打入地下进行取土时，左筒和右筒不易分离，进而有利于取样筒的取样和提高取样筒内取样土壤的完整性。

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之二是提供一种低扰动土壤取样装置的取样方法。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

步骤1：将取样筒对准待取土的位置处；

步骤2：使用击打工具击打与取样筒开口相对的一端以将取样筒打入到地下；

步骤3：取样筒内的土壤挤压摆杆并推动摆杆摆动，摆杆在摆动后推动解锁杆向下运动进而使得矩形部穿出转轴外，挡板在限位弹簧的作用下向外摆动并切割取样筒开口处的土壤；

步骤4：在挡板将取样筒的开口闭合之后，取出取样筒并将取样筒上的螺纹紧固件取下，打开取样筒便可将取样筒内的土壤样本取出。

通过采用上述技术方案，通过将取样筒击打进入到地下，土壤在取样筒的挤压下从取样筒的开口端进入到取样筒内，在取样筒内的土壤挤压到摆杆并触发摆杆摆动之后，转轴解锁以使得挡板在扭簧的作用下绕转轴转动，同时，配合电机的驱动以使得挡板切断土壤以闭合取样筒的开口端，进而使得在取出取样筒的过程中，取样筒内的土壤不易从取样筒的开口处掉出取样筒，有利于提高取样土壤的完整性，进而提高土壤取样检测分析的准确性。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.在土壤挤压到触发装置以使得触发装置触发解锁杆时，解锁杆向下滑动以使得解锁杆的矩形部脱离转轴，转轴脱离了解锁杆的限制后，挡板在触发装置的作用下随着转轴的转动出现摆动，挡板封堵在取样筒的开口处，进而使得所取得的土壤样本不易从取样筒的开口处漏出，进而保持了取样筒所取得的土壤样本的完整性。通过一开始将矩形部插接在转轴内，矩形部棱边与转轴接触，进而对转轴的自传具有限制作用，进而使得在触发件未触发解锁杆的情况下，转轴处于静止状态，取样筒保持打开的状态，以便土壤进入到取样筒内；

2.通过将取样筒击打进入到地下，土壤在取样筒的挤压下从取样筒的开口端进入到取样筒内，在取样筒内的土壤挤压到摆杆并触发摆杆摆动之后，转轴解锁以使得挡板在扭簧的作用下绕转轴转动，同时，配合电机的驱动以使得挡板切断土壤以闭合取样筒的开口端，进而使得在取出取样筒的过程中，取样筒内的土壤不易从取样筒的开口处掉出取样筒，有利于提高取样土壤的完整性，进而提高土壤取样检测分析的准确性；

3.通过将取样筒设置成可以分解的两半，以使得在将取样筒从地下取出之后，可以直接解锁限制件以使得左筒和右筒分离，以便可以将取样土壤较完整的取出进行检测分析，有利于检测人员观察取样土壤的分层情况，以提高土壤检测的准确性。

附图说明

图1是本实施例的整体结构示意图；

图2是本实施例中解锁杆和转轴的关系示意图；

图3是本实施例中将矩形部从贯穿孔内取出后示意图；

图4是本实施例中控制电路的示意图。

图中，1、取样筒；110、左筒；111、右筒；2、解锁杆；21、圆柱部；22、矩形部；3、挡板；4、触发装置；41、摆杆；42、复位扭簧；43、限位扭簧；5、滑槽；6、通孔；7、转轴；8、转槽；9、收纳槽；10、电机；11、连接轴；12、螺纹紧固件；13、凹槽；14、贯穿孔；15、检测模块；16、判断模块；17、控制模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图2，为本发明公开的一种低扰动土壤取样装置，包括一端开口的取样筒1，取样筒1的开口端上转动连接有通闭取样筒1的挡板3，取样筒1上设有限制挡板3转动后遮挡在取样筒1开口的限位件，取样筒1内与开口相对的一端凸设有在土壤的挤压下触发限位件解除对挡板3限位的触发装置4。

参照图1和图2，取样筒1的横截面成圆形，取样筒1分为左筒110和右筒111，左筒110或右筒111上安装有限制左筒110和右筒111分离的限制件。

限制件包括螺纹紧固件12，在本实施例中，螺纹紧固件12包括螺栓，在其他实施例中，螺纹紧固件12还可以是螺杆。螺纹紧固件12穿过左筒110与右筒111螺纹连接。

取样筒1的开口端的内壁上开有转槽8，转槽8转动连接有转轴7，转轴7的一端插接于挡板3并与挡板3固定连接。

参照图2，取样筒1的内壁上沿取样筒1的长度方向开有与转槽8连通的滑槽5，限位件包括放置于滑槽5内的解锁杆2，解锁杆2的长度方向与滑槽5的长度方向一致，解锁杆2与滑槽5的槽壁滑动连接，解锁杆2竖直朝向转轴7设置，解锁杆2的一端穿进转轴7内，解锁杆2的轴线与转轴7的轴线平行。

解锁杆2有四根，四根解锁杆2绕取样筒1的周向均匀分布。

参照图2和图3，解锁杆2插进转轴7的一端包括矩形部22和圆柱部21，矩形部22位于解锁杆2靠近取样筒1开口的一端，矩形部22的高度小于圆柱部21的长度。转轴7上贯穿转轴7的两端形成有矩状的贯穿孔14，矩形部22插入到贯穿孔14内并与贯穿孔14滑动连接，圆柱部21的直径小于贯穿孔14的孔径。

参照图2和图3，触发装置4包括驱动解锁杆2滑动以使得矩形部22穿出转轴7外的驱动件。驱动件包括摆杆41，取样筒1的内壁上开有滑槽5连通的通孔6，摆杆41的一端穿过通孔6后伸进滑槽5内，解锁杆2远离转轴7的一端凹陷有凹槽13，摆杆41伸进滑槽5的一端插进凹槽13内，摆杆41与凹槽13的槽壁抵接。摆杆41远离凹槽13的一端伸出在取样筒1的内腔内。

参照图3，摆杆41的转动轴上套接有复位扭簧42，复位扭簧42的一端与摆杆41固定连接，另一端与取样筒1的内壁固定连接。

参照图2，触发装置4还包括限位扭簧43，限位扭簧43套接于转轴7，限位扭簧43的一端与转轴7固定连接，限位扭簧43的另一端与取样筒1的内壁固定连接。

挡板3有若干块，在本实施例中，挡板3优选设置有四块，四块挡板3绕取样筒1的周向成均匀分布。

参照图2，挡板3呈弧状，取样筒1上靠近取样筒1的开口处凹陷有收纳槽9，若干挡板3收纳在收纳槽9内。

参照图2和图3，取样筒1的内壁上固定连接有电机10，电机10的转动轴上同轴固定有中空且两端开口的连接轴11，连接轴11一端伸进转槽8内并与转轴7同轴固定，矩形部22与连接轴11的内腔壁滑动连接，矩形部22相对连接轴11静止。

参照图4，取样装置还包括安装在取样筒1内的控制电路，控制电路包括安装在取样筒1的内壁上用来检测取样筒1内土壤高度并输出检测信号的检测模块15、耦接于检测模块15以接收检测信号并设有高度阈值信号以在检测信号大于阈值信号时输出控制信号的判断模块16、耦接于判断模块16并响应于控制信号控制电机10转动直至若干挡板3闭合取样筒1（见图2）开口的控制模块17。

检测模块15包括红外测距传感器，在本实施例中该传感器使用的是型号为ktr-gp2d12红外测距传感器，红外测距传感器安装在取样筒1远离开口端的内壁上。利用红外测距传感器精度高，体积小以及不受干扰的特点，对进入到取样筒1内的土壤高度进行实时的检测，以便及时获取土壤高度数据。

判断模块16包括信号比较器，信号比较器的正相输入端串联第一电阻r1后与红外测距传感器电连接以接收检测信号，信号比较器的反相输入端连接有第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4，第三电阻r3和第四电阻r4串联后接入供电回路，第二电阻r2的一端与信号比较器的反相输入端电连接，第二电阻r2的另一端与第三电阻r3和第四电阻r4的连接节点电连接以获得高度阈值信号。

判断模块16还包括三极管q1，三极管q1的基极与信号比较器的信号输出端电连接，三极管q1的集电极与控制模块17电连接，三极管q1的发射极接地。

控制模块17包括继电器，继电器的线圈km串联于三极管q1的集电极以接入电源电路，继电器的常开触点开关km1-1串联在电机10的供电回路。

本实施例的实施原理为：

将取样筒1放置在待取样的位置处，锤击取样筒1以使得土壤从取样筒1的开口处进入到取样筒1内，进入到取样筒1内的土壤在取样筒1内不断积累增高，直到土壤挤压到摆杆41并推动摆杆41摆动，摆杆41在摆动的过程中往转轴7方向推动解锁杆2以使得解锁杆2上的矩形部22穿出转轴7外，圆柱部21位于转轴7内，转轴7在扭簧的驱动下绕转轴7摆动，摆动的挡板3可以切割取样筒1开口处的土壤并将取样筒1内的土壤封封堵在取样筒1内，以使得在取出取样筒1的过程中，取样筒1内的土壤不易发生松动后掉出取样筒1外，有利于保持取样筒1内收集到的土壤的完整性，进而有利于提高土壤取样检测数据的准确度。

通过红外测距传感器对进入到取样筒1内的土壤的高度进行实时检测并将检测到的检测信号传输到信号比较器，信号比较器将接收到的检测信号和高度阈值信号进行比较，并在检测信号大于高度阈值信号时向三极管q1输出高电平信号以使得三极管q1导通，三极管q1导通后线圈km得电、常开触点开关km1-1闭合以使得电机10得电，电机10得电后带动转轴7转动，进而配合扭簧以加大了对挡板3的驱动力，提高了挡板3对土壤的切割力，进而有利于若干挡板3闭合在取样筒1的开口处，以使得将取样筒1取出的过程中，取样筒1内的土壤不易从取样筒1的开口端掉出在取样筒1外，有利于保持取样土壤的完整性，进而有利于提高土壤检测数据的准确度。

采用左右分离的方式打开左筒110和右筒111以将土壤取出，以使得左筒110和右筒111不易触碰到土壤，有利于提高土壤取出后的完整性，进而提高土壤检测数据的准确度，在取出土壤后，将解锁杆2的矩形部22朝远离转轴7的方向推动，同时将挡板3推动收纳槽9内，以使得矩形部22重新位于转轴7内，取样装置恢复原样，以便下次使用。

参照图2和图3，为本发明公开的一种低扰动土壤取样装置的取样方法，包括以下步骤：

步骤1：将取样筒1对准待取土的位置处；

步骤2：使用击打工具击打与取样筒1开口相对的一端以将取样筒1打入到地下；

步骤3：取样筒1内的泥土挤压摆杆41并推动摆杆41摆动，摆杆41在摆动后推动解锁杆2向下运动进而使得矩形部22穿出转轴7外，挡板3在限位弹簧的作用下向外摆动并切割取样筒1开口处的土壤；

步骤4：在挡板3将取样筒1的开口闭合之后，取出取样筒1并将取样筒1上的螺纹紧固件12取下，打开取样筒1便可将取样筒1内的土壤样本取出。

本实施例的实施原理为：

通过将取样筒1击打进入到地下，土壤在取样筒1的挤压下从取样筒1的开口端进入到取样筒1内，取样筒1内的土壤挤压到摆杆41并触发摆杆41摆动，红外测距传感器在检测到土壤到达指定高度后向判断模块16发送检测信号，转轴7解锁以使得挡板3在扭簧的作用下绕转轴7转动，同时，配合电机10的驱动以使得挡板3切断土壤以闭合取样筒1的开口端，进而使得在取出取样筒1的过程中，取样筒1内的土壤不易从取样筒1的开口处掉出取样筒1，有利于提高取样土壤的完整性，进而提高土壤取样检测分析的准确性。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。