本发明涉及环境检测装置技术领域，尤其涉及一种土壤取样及检测装置。
背景技术：
在农业生产的过程中，为了及时了解土壤的情况，便于因地制宜，对生长在土壤内的农作物的生长状况进行调整和控制，需要对土壤进行检测。检测的内容一般包括土壤有机质的测定、土壤全氮的测定、土壤碱解氮的测定、酸性土壤有效磷的测定、中性和石灰性土壤速效磷的测定、土壤速效钾的测定、土壤中铁、锰、铜、锌的测定、土壤有效硼测定等等。具体的，操作员将取土器竖直插入土壤中，获取土壤中各个深度层的土壤样本后，带回实验室或就在取样现场进行检测。取土器为中空筒状，取土器的底端具有开口，在将取土器插入土壤的过程中，受到土壤给予的较大阻力，影响取土效率和插入深度，且当取样地具有坡度时，现在技术的取样车上所携带的取土器难以垂直插入土壤内，而倾斜插入的取土器，在取样深度上，会影响土壤在各深度范围内取样的准确性。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出一种土壤取样及检测装置，包括车体、设在车体上的控制系统和土壤检测仪、与车体连接的平台和与平台连接的取土器，还包括与平台连接的第一板体、第二板体，所述第一板体和第二板体均能够插入土壤中，且第一板体能够沿所述平台作前后倾斜转动，并与第二板体配合将所述第一板体和第二板体之间区域内的土壤挖出，取土器位于第一板体和第二板体合围区域的外侧，并靠近第二板体设置，本发明利用第一板体和第二板体将取土器一侧的土壤取出后，再利用取样气缸将取土器插入靠近取出土壤后的目标区域，减小了取土器在插入土壤过程中受到的周围土壤的阻力，提高了取样效率和取样深度。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种土壤取样及检测装置，包括车体、设在车体上的控制系统、与车体连接的平台和与平台连接的取土器，取土器插入土壤内进行取样，其结构特点为：还包括与平台连接的第一板体和第二板体，所述第一板体和第二板体均能够插入土壤中，且第一板体能够沿所述平台作前后倾斜转动，并与第二板体配合将所述第一板体和第二板体之间区域内的土壤挖出，取土器位于第一板体和第二板体合围区域的外侧，并靠近第二板体设置；所述平台为三角形状，且在三角形平台的三个端部均设置有与车体连接的支撑气缸，通过支撑气缸调整三角形平台各端部的高度，在位于平台的其中一个三角形端部设置有水平感应器，所述水平感应器包括筒体、活动设置在筒体内的质量球以及霍尔传感器，筒体内设置有供质量球活动的通道。
上述土壤取样及检测装置，在平台上还设有基座，在基座上转动连接有转轴，在转轴上固定有连接件，在连接件上设置有第一气缸，在第一气缸的活塞杆上连接第一板体，在连接件上设置有凹槽，在凹槽内设有蜗轮，所述蜗轮与所述转轴同轴连接，在平台上还设置有第一支架，在第一支架上安装有步进电机，在步进电机的输出轴上连接有转动杆，转动杆竖直设置，在转动杆上套设有与所述蜗轮配合的蜗杆，在平台上设有供第一气缸的活塞杆左右活动的第三通孔。
进一步地，上述土壤取样及检测装置，在车体上设置有水泵和水箱，在车体的底端设置有水管，所述水管呈u形，在水管靠近地面的一侧设有喷头，水泵的一端通过管道与水箱连通，水泵的另一端通过管道与所述水管连通，水泵启动后，能将水箱内的水抽送至所述水管内，并通过水管上的喷头喷出，将车体底端的土壤湿润。
更进一步地，上述土壤取样及检测装置，在车体上设有供第一板体移动的第一通孔以及供第二板体和所述取土器移动的第二通孔；车体的一端设置有扶手，车体底端的两侧设置有履带，在车体上还设置有蓄电池和驱动电机，驱动电机与蓄电池电连接，并均与控制系统电连接。
上述土壤取样及检测装置，在平台的一端设置有第二支架，并在平台上沿垂直于平台的竖向设置有第二气缸，所述第二气缸固定在第二支架上，第二气缸的活塞杆穿过所述第二通孔后与第二板体连接固定，启动第二气缸能使第二板体竖直插入土壤中。
进一步地，所述蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角，使蜗轮与蜗杆之间的配合具有自锁性，只能蜗杆带动蜗轮，蜗轮不能带动蜗杆转动，通过转动蜗杆对第一板体的角度进行调整和固定；所述第三通孔呈长条形槽状，具有让第一板体前后倾斜的活动空间。
作为优选方案，在平台上设置有取样气缸，在平台的一端还设置有固定杆，固定杆为一对l型杆，l型杆的一端与所述取样气缸固定，取样气缸的活塞杆的顶端通过连接部与连接块连接，连接块的底端设置有安装槽，所述取土器的顶端能插入所述安装槽内，所述连接块的侧面贯通设置有安装孔，所述取土器的顶端对应所述安装孔处设置有固定孔，通过将螺栓插入安装孔和固定孔内，将取土器与取样气缸的活塞杆连接固定。
更优选地，上述土壤取样及检测装置，所述取样气缸以及对应的取土器，分别设置有多个；所述取土器为空心圆筒状，取土器的底端设置有刀口，在取土器的圆周上开设有多个排气孔；在车体上还设置有土壤检测仪，所述土壤检测仪包括土壤养分速测仪、土壤重金属检测仪、土壤酸碱度速测仪和土壤盐分测量仪。
上述土壤取样及检测装置，所述筒体为封闭结构，筒体的内部对应所述平台的三角形的端部设置有供质量球活动的通道，所述通道呈三叉状，并位于所述支撑柱延伸至所述平台位于三角形端部的方向上，所述质量球由磁铁制成，所述霍尔传感器安装在所述通道的端部，所述霍尔传感器与所述支撑气缸一一对应，霍尔传感器与控制系统电连接，控制系统与所述支撑气缸电连接。
更具体的，上述土壤取样及检测装置，其特征在于：在平台的底端设置有连接槽，连接槽内滑动卡嵌有球体，球体的底端设置有支撑柱，支撑柱的上端顶靠在球体上，支撑柱的下端与支撑气缸的活塞杆连接，所述支撑气缸竖直固定在车体上；
当平台发生倾斜后，在质量球的重力作用下，质量球沿着所述通道由筒体的中部移动至筒体的边缘，当质量球靠近霍尔传感器时，霍尔传感器的输出信号发生变化，霍尔传感器通过控制系统控制对应的支撑气缸工作，对平台进行调平。
一种如上述方案所述的水平感应器的使用方法，包括以下步骤：
步骤s1：当平台发生倾斜后，在质量球的重力的作用下，质量球能够沿着通道由筒体的中部移动至筒体的边缘，当质量球靠近其中的一个霍尔传感器后，霍尔传感器通过控制系统控制支撑气缸工作；
步骤s2：当质量球靠近所述其中一个霍尔传感器后，所述靠近的该霍尔传感器将信号传递给控制系统，控制系统控制与其对应的支撑气缸工作，使得该支撑气缸将所述平台对应的一端向上顶起；
步骤s3：在所述步骤s2的同时，另外两个支撑气缸也同时工作，将所述平台的另外两端下拉，最终将平台调平。
本发明采用上述技术方案后，能实现的有益效果是：
本发明利用第一板体和第二板体将取土器一侧的土壤取出后，在利用取样气缸将取土器插入靠近取出土壤后的目标区域，减小了取土器在伸入土壤过程中受到的周围土壤的阻力，提高了取样效率和取样深度。
另一方面，平台位于三角形的其中一个端部设置有水平感应器，当平台发生倾斜后，在质量球的重力作用下，质量球能够沿着通道由筒体的中部移动至筒体的边缘，当质量球靠近霍尔传感器后，霍尔传感器通过控制系统控制支撑气缸工作，对平台进行调平，最终使得平台水平，保证取土器能够竖直插入土壤内进行取样，防止取土器发生较大的倾斜后，不能获取理想深度的各层次的土壤样本。
附图说明
图1为本发明提出的一种土壤取样及检测装置的立体图；
图2为图1所示一种土壤取样及检测装置的另一角度的立体图；
图3为图1所示一种土壤取样及检测装置的另一角度的立体图；
图4为为图1所示一种土壤取样及检测装置的俯视图；
图5为图4中沿a-a处的剖视图；
图6为图1所示的水平感应器的横向剖视图。
图中：1水泵、2水箱、3车体、31第一通孔、32第二通孔、4水平感应器、41通道、5平台、51第三通孔、6连接件、61凹槽、7第一气缸、8步进电机、9第一支架、10第二气缸、11扶手、12连接部、13取样气缸、14第二支架、15连接块、16螺栓、17支撑气缸、18取土器、19第二板体、20蜗杆、21基座、22转轴、23蜗轮、24第一板体、25水管、251喷头、26质量球、27霍尔传感器、28土壤检测仪。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参照图1-6，一种土壤取样及检测装置，包括车体3、与所述车体3连接的平台5、与所述平台5连接的第一板体24、第二板体19、取土器18以及设在车体3上的控制系统，本装置内设的各个电气元器件均与控制系统电连接，并接受控制系统的集中控制。第一板体24和第二板体19均能够插入土壤中，且第一板体24能够沿所述平台5作前后倾斜转动，从而能实现第一板体24从竖直状态与倾斜状态间的转换，所述第一板体24竖直插入土壤后，第一板体24从上至下能实现从前向后的倾斜，即第一板体24与第二板体19的配合能够将所述第一板体24和所述第二板体19之间合围区域内的土壤挖出，所述取土器18位于第一板体24和第二板体19合围区域的外侧，并靠近第二板体19设置，以便使靠近第二板体19的取土器18能够更加顺畅的竖直插入土壤内取样。
所述车体3的一端安装有水泵1，所述车体3的顶端设置有水箱2，所述车体3的底端设置有水管25，所述水管25为u形，在水管25靠近地面的一侧设置有喷头251，所述喷头251能够使得从喷头251喷出的水将所述车体3底端的土壤均湿润。具体的，所述水泵1的一端通过管道与所述水箱2的底端连通，所述水泵1的另一端通过管道与所述水管25连通，所述水泵1启动后，能够将所述水箱2内的水抽送至所述水管25内，并通过所述水管25上的所述喷头251喷出，对需要取样检测的土壤区域进行湿润，以便于第一板体24、第二板体19以及取土器18的插入。
所述车体3的顶端设置有供所述第一板体24移动的第一通孔31以及供所述第二板体19和所述取土器18移动的第二通孔32。车体3远离所述水泵1的一端设置有扶手11，能够推动并操作车体3。
可以理解地，车体3的底端的两侧设置有履带，便于车体3在路况较为复杂的区域移动行走。车体3上设置有用于供电的蓄电池(图未示出)，车体3的底端还设置有驱动电机(图未标出)，驱动电机与所述蓄电池电连接，并均与控制系统电连接。驱动电机与履带上的驱动轮连接，能够驱动驱动轮转动，进而使得车体移动。
所述平台5的顶端设置有基座21，所述基座21的顶端转动连接有转轴22，所述转轴22上固定有连接件6，所述连接件6的一端固定有第一气缸7，所述第一气缸7的活塞杆位于所述第一气缸7的底端，所述第一气缸7的活塞杆与所述第一板体24连接固定。所述连接件6能够跟随转轴22并以转轴22的轴心转动，进而带动第一板体24实现倾斜。所述连接件6的一侧设置有凹槽61，所述凹槽61内设置有蜗轮23，所述蜗轮23与所述转轴22同轴固定。所述平台5的顶端还设置有第一支架9，第一支架9的顶端安装有步进电机8，步进电机8的输出轴连接有转动杆，转动杆的一端与平台5的顶端可转动连接，转动杆竖直设置，且转动杆上套设固定有与所述蜗轮23配合的蜗杆20。值得注意的是，所述蜗杆20的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角，此时蜗轮23与蜗杆20之间的配合具有自锁性，即只能蜗杆20带动蜗轮23，而不能由蜗轮23带动蜗杆20，转动蜗杆20后，利用蜗轮23与蜗杆20之间的自锁性，对第一板体24的角度进行调整和固定，具体是使第一板体24从上至下能实现从前向后的倾斜。值得注意的是，所述平台5上设置有供所述第一气缸7的活塞杆左右活动的第三通孔51，所述第三通孔51呈长条形槽状，具有让第一板体24前后倾斜的活动空间。
如图1和图5所示，所述平台5的一端沿沿垂直于平台5的竖向设置有第二气缸10，具体的，所述平台5的一端固定有第二支架14，所述第二气缸10固定在所述第二支架14上。所述第二气缸10的活塞杆穿过所述第二通孔32后与所述第二板体19连接固定，第二气缸10工作后能够使得第二板体19竖直插入土壤中。
所述平台5上连接有取样气缸13。具体的，所述平台5的一端固定有固定杆，固定杆为一对l型杆，l型杆的一端与所述取样气缸13固定。取样气缸13的活塞杆的顶端通过连接部12与连接块15连接，连接块15的底端设置有安装槽，取土器18的顶端能够插入所述安装槽内。所述连接块15的侧面贯通设置有安装孔，所述取土器18的顶端对应所述安装孔处设置有固定孔，将螺栓16插入安装孔和固定孔后，配合螺母，能够将取土器18与取样气缸13的活塞杆连接固定。
在本实施方式中，所述取土器18的形状为空心圆筒状，取土器18的底端设置有刀口，在取土器18的圆周上还开设有多个排气孔，将取土器18竖直插入土壤内，由于取土器18内被土壤填充，在取土器18内外大气压力差以及取土器18内壁的摩擦力的作用下，将取土器18提拉出来后，土壤能够随着取土器18取出，土壤随取土器18带出后，用推杆插入取土器18的轴向孔内，能将取土器18腔体内的土壤样本推出取土器18。
进一步的，所述取样气缸13以及对应的取土器18的数量有多个，能够在一次作业中，利用各个取土器18对不同的区域进行土壤取样采集。
更进一步的，本实施方式提出的土壤取样及检测装置还包括设置在所述车体3上的土壤检测仪28，将通过取土器取出的土壤样本放入土壤检测仪28中，可以对土壤进行检测。具体的，所述土壤检测仪28包括土壤养分速测仪、土壤重金属检测仪、土壤酸碱度速测仪、土壤盐分测量仪等，工作人员推动本装置在土壤取样现场即可利用本装置完成取样土壤的检测。
作为优选方案，本实施方式提出的土壤取样及检测装置还包括客户终端以及无线传送装置(图未示出)，无线传送装置与所述土壤检测仪电连接，能够将土壤检测仪检测的土壤的相关数据传送到客户终端，方便用户及相关方查看。
在本实施方式中，所述平台5的形状为三角形，平台5的底端设置有连接槽，连接槽内滑动卡嵌有球体，球体的底端设置有支撑柱，即支撑柱的上端顶靠在球体上，支撑柱的下端与支撑气缸的活塞杆连接，并通过支撑柱将球体顶靠在连接槽内；支撑柱竖直设置，并与支撑气缸17连接，所述平台5位于三角形的端部通过支撑气缸17与所述车体3连接，具体的，所述支撑气缸17竖直固定在所述车体3上，支撑气缸17的活塞杆的顶端通过支撑柱与所述平台5的底端连接，通过支撑气缸17，能够调整平台5各三角形端部的高度，进而对平台5进行调平。
进一步的，所述平台5位于三角形的其中一个端部设置有水平感应器4。如图6所示，所述水平感应器4包括筒体、活动设置在所述筒体内的质量球26以及霍尔传感器27，所述筒体为封闭结构，筒体的内部对应所述平台5的三角形的端部设置有通道41，所述通道41呈三叉状，所述通道41供筒体内的质量球活动。即，所述通道41位于所述支撑柱延伸至所述平台5位于三角形端部的方向上，所述质量球26由磁铁制成，所述霍尔传感器27安装在所述通道41的端部，霍尔传感器27与控制系统(图未示出)电连接，控制系统与所述支撑气缸17电连接。当平台5发生倾斜后，在质量球26的重力的作用下，质量球26能够沿着通道41由筒体的中部移动至筒体的边缘，当质量球26靠近霍尔传感器27后，霍尔传感器27通过控制系统控制支撑气缸17工作，对平台5进行调平。即，当由磁铁制成的质量球26靠近所述霍尔传感器27后，会使得霍尔传感器27的输出信号发生变化，所述控制系统利用这种变化的信号控制相应的支撑气缸17工作。
值得注意的是，所述支撑气缸17与所述霍尔传感器27一一对应，当质量球26靠近其中一个霍尔传感器27后，该霍尔传感器27控制靠近该霍尔传感器27且与其对应的支撑气缸17工作，使得该支撑气缸17将所述平台5对应的一端向上顶起，同时，另外两个支撑气缸17也可以同时工作，将所述平台5的另外两端下拉，最终使得平台5水平，保证取土器18能够竖直插入土壤内取样，防止取土器18发生较大的倾斜后，不能获取理想深度的各层次的土壤样本。
本实施方式中，使用人员将车体3移动至土壤取样检测的区域后，首先启动水泵1，水泵1将水箱2内的水抽送至水管25内，并通过水管25上的喷头251喷出，对取样检测区域的土壤进行湿润，便于第一板体24、第二板体19以及取土器18的插入。
由于土壤检测区域的地况复杂，此时静止下来的车体3上的平台5一般不是水平状态的，如果直接将取土器18插入土壤内，会存在取土器18倾斜角度较大的情况，使得取土器18不能够顺利插入目标深度，获取目标深度的土壤检测样本，又由于倾斜的取土器18获取的大多是浅深度的土壤样本，在土壤检测的过程中，造成样本干扰，影响土壤检测的精度。即，倾斜插入土壤内的取土器18不能够获得目标深度的多层次的土壤检测样本，影响土壤检测效率和结果。因此，此时通过水平感应器4判断平台5是否水平，当平台5发生倾斜后，水平感应器4内的质量球26会沿着通道41向平台5倾斜方向移动，当平台5倾斜角度较大时，质量球26沿着通道41靠近对应的霍尔传感器27，使得霍尔传感器27启动对应的支撑气缸17工作，对平台5进行调平。需要说明的是，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，本发明中的霍尔传感器27选用线性霍尔传感器，将线性霍尔传感器27置于水平感应器4中的筒体的边缘，其磁感应强度为零，这个点可作为位移的零点，当质量球26沿着通道41移动的过程中，相当于霍尔传感器27沿通道41上具有位移，此时霍尔传感器27有一个电压输出，电压大小与位移距离大小成正比，利用霍尔传感器27电压变化感应质量球26的位移变化量，如果质量球26的位移变化量超过设定阈值，即质量球26相当靠近所述筒体的边缘，此时霍尔传感器27的电压高于设定电压，控制系统判断所述平台5倾斜，同时控制系统控制支撑气缸17工作，对平台5进行整平。
即水平感应器的使用方法，包括以下步骤：
步骤s1：当平台5发生倾斜后，在质量球26的重力的作用下，质量球26能够沿着通道41由筒体的中部移动至筒体的边缘，当质量球26靠近其中的一个霍尔传感器27后，霍尔传感器27通过控制系统控制支撑气缸17工作；
步骤s2：当质量球26靠近所述其中一个霍尔传感器27后，所述靠近的该霍尔传感器27将信号传递给控制系统，控制系统控制与其对应的支撑气缸17工作，使得该支撑气缸17将所述平台5对应的一端向上顶起；
步骤s3：在所述步骤s2的同时，另外两个支撑气缸17也同时工作，将所述平台5的另外两端下拉，最终将平台5调平。
然后根据需要取样检测的土壤的深度，调整第一板体24的角度。具体的，启动步进电机8，步进电机8的输出轴带动蜗杆20转动，蜗杆20与蜗轮23配合，使得蜗轮23以及与蜗轮23连接的转轴22、连接件6、第一气缸7以及第一板体24转动，并利用蜗轮23蜗杆20的自锁性对第一板体24的角度进行固定。启动第一气缸7以及第二气缸10，使得第一板体24倾斜插入检测土壤中，第二板体19竖直插入检测土壤中，第一板体24和第二板体19靠近接触后，车体3移动，将第一板体24和第二板体19合围区域内的土壤取出再退回至原点。此时启动取样气缸13，取样气缸13推动取土器18竖直插入土壤内取样检测。由于取土器18一侧的土壤被第一板体24和第二板体19取出，取土器18在伸入土壤的过程中受到的周围的土壤的阻力大大减小，便于取土器快速和顺利的插入土壤进行取样，使土壤取样更加顺畅，同时也提高了取样检测的效率。
本发明利用第一板体24和第二板体19将取土器18一侧的土壤取出后，在利用取样气缸13将取土器18插入靠近取出土壤后的目标区域，减小了取土器18在伸入土壤的过程中受到的周围土壤的阻力，提高了取样检测的效率。另一方面，所述平台5位于三角形的其中一个端部设置有水平感应器4。当平台5发生倾斜后，在质量球26的重力作用下，质量球26能够沿着通道41由筒体的中部移动至筒体的边缘，当质量球26靠近霍尔传感器27后，霍尔传感器27通过控制系统控制支撑气缸17工作，对平台5进行调平，最终使得平台5水平，保证取土器18能够竖直插入土壤内取样，防止取土器18发生较大的倾斜后，不能获取理想深度的各层次的土壤样本。
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。