一种土壤检测用分层取样装置及取样方法与流程

本发明涉及土壤取样，具体为一种土壤检测用分层取样装置及取样方法。

背景技术：

1、土壤检测是土壤科学研究的基础，可以为农作物生长提供科学的理论指导，随着农业机械化水平的不断提高，对土壤的检测提出了更高的要求，国内外对土壤检测设备已经有了较多研究，但土壤检测取样装置研究较少，目前，我国农业生产中对土壤检测的需求越来越大，因此对土壤取样装置的需求也越来越大。

2、但目前我国在土壤取样方式上，通常是人工进行分层取样，耗时长、效率低、质量差，而现有的分层取样装置在进行土壤取样的过程中对装置的固定效果较差，并且不能进行自动调平，在取样过程中由于取样管直接与土壤进行接触，土壤给取样管一个反作用力，易造成取样装置发生偏移，而位于土壤内部的取样管受到的横向作用力变大，取样管容易弯折，不仅影响装置的取样效果，还会使取样管受到损坏，产生不必要的经济损失，并且分层取样时不能保证每层取样量的一致。

3、因此亟需研发一种取样操作简单、省时省力、取样效率高、能够自动调平和稳定支撑的土壤分层取样设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种土壤检测用分层取样装置及取样方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种土壤检测用分层取样装置包括支撑机构、外壳、取样机构、检测机构、控制器，支撑机构与外壳铰接，取样机构与外壳紧固连接，取样机构位于外壳内部，检测机构安装在外壳外部顶端，控制器与外壳紧固连接，检测机构与控制器电连接，外壳内设置有导轨和工作室，取样机构包括电缸、支架、滑动板、取样管、抽风机、抽气管，电缸与外壳紧固连接，电缸位于工作室内，电缸的输出端与支架传动连接，滑动板与支架紧固连接，滑动板与导轨滑动连接，滑动板与取样管紧固连接，抽风机与外壳紧固连接，抽风机的抽气口与抽气管连通，取样管与抽气管连通，取样管与抽气管连通。

3、外壳为各机构的安装基础，支撑机构插入土壤中固定，用于为取样装置提供稳定的工作平台，取样机构用于采集土壤，检测机构可以测量装置是否倾斜，控制器用于控制各机构的动作，电缸为取样机构的动力源，电缸动作推动支架向下移动，从而推动滑动板沿导轨向下运动，进而带动与滑动板固接的取样管向下运动，使得取样管钻入土壤中进行取样，导轨可确保运动方向不会发生偏移，避免取样管受力变形，产生不必要的经济损失，抽风机安装在外壳上，通过抽气管与取样管连通，抽风机启动，通过抽气管将取样管内的空气排出，使得取样管内的空气压强就降低了，产生了一定的负压，从而为吸取土壤提供动力。

4、进一步的，检测机构包括检测盒和检测棒，检测盒内容纳有导电溶液，检测棒与检测盒紧固连接，检测棒插入在导电溶液内，检测棒与控制器电连接，检测棒包括第一导电棒、第二导电棒、第三导电棒。

5、检测盒采用绝缘材质，防止漏电，检测棒和控制器连接，检测棒相互平行且间距相等，当取样装置水平时，检测棒插入导电液的深度相同，控制器在两根检测棒之间加上幅值相等的电压时，检测棒之间会形成离子电流，第一导电棒和第二导电棒之间的液体相当于电阻r1，第二导电棒和第三导电棒之间的液体相当于电阻r2，装置水平时，电阻r1和r2阻值相等，当装置发生倾斜时，检测棒间的导电液不相等，检测棒浸入导电溶液的深度也发生变化，但位于中间的第二导电棒浸入深度基本保持不变，第一导电棒浸入深度小，则第一导电棒和第二导电棒之间的导电液减少，导电的离子数减少，电阻r1增大，第二导电棒和第三导电棒之间的导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻r2减小，即r1大于r2，若倾斜方向相反，则r1小于r2，控制器可根据检测棒之间电阻的变化，判断取样装置的倾斜方向，进而控制支撑机构进行调整。

6、进一步的，支撑机构包括固定杆、弹开装置和电动推杆，固定杆与外壳铰接，弹开装置与固定杆紧固连接，弹开装置位于固定杆插入土壤的一端，电动推杆与固定杆紧固连接，电动推杆与控制器电连接，弹开装置包括转动电机、转盘、转动片和壳体，壳体与固定杆紧固连接，壳体上设有开口，转动电机与壳体紧固连接，转盘与转动电机传动连接，转盘和转动片通过齿牙啮合，转动片与壳体转动连接。

7、固定杆铰接在外壳两侧，因此固定杆可沿铰接处收起，可以减小运输时的体积，便于转运，并且可以调节插入土壤的角度，保证稳定性，电动推杆可在控制器的控制下自动伸缩，进行调平，弹开装置可增大与土壤的接触面积，使得装置整体更加稳固，能够抵消取样时取样管插入土壤时产生的反作用力，确保取样的稳定，转动电机为弹开装置提供动力，当固定杆插入土壤后，转动电机启动，从而带动转盘转动，进而带动与其啮合的转动片转动，转动片转动通过壳体上的开口切入土壤中，从而增大与土壤的接触面积，增大与土壤的摩擦力，能够抵消取样时产生的反作用力，提高取样时的稳定性，转动片采用渐薄设计，更易切入土壤，提高效率，取样完成后转动电机反转，转动片收回，固定杆从土壤中拔出。

8、进一步的，一种土壤检测用分层取样装置还包括稳定器，稳定器包括伸缩筒、连接杆、第一弹簧和底座，伸缩筒与外壳紧固连接，连接杆与伸缩筒滑动连接，连接杆位于伸缩筒内，伸缩筒和底座之间固定连接有第一弹簧，第一弹簧套设在对应的连接杆上，底座与连接杆紧固连接。

9、当取样装置放置在地面上之后，稳定器用来降低取样装置的晃动，在取样装置自身重力的作用下，第一弹簧受压收缩，连接杆沿伸缩筒向上滑动，可以缓冲取样装置放置在地面上受到的冲击力，底座可增大取样装置与地面的接触面积，使得取样时装置更加的平稳，保证取样的准确性。

10、进一步的，取样机构还包括导向板，导向板与外壳紧固连接，导向板位于工作室内远离滑动板的一端，取样管与导向板滑动连接，取样管包括管体、取样头、导气管和分层取样器，管体与滑动板传动连接，取样头与管体紧固连接，取样头位于管体底端，导气管与抽气管连通，导气管与管体紧固连接，导气管位于管体内，分层取样器沿导气管竖直方向设置有若干个，分层取样器与管体紧固连接。

11、当滑动板在电缸推动下带动取样管向下运动时，导向板中间开有通孔，可引导取样管的运动方向，防止取样管发生偏移，影响取样质量，滑动板带动管体运动，取样头呈圆锥状，保证破土效率，导气管连通抽气管，管体为导气管提供安装基础，当取样管插入土壤内后，抽风机启动后，导气管内空气被抽气管吸走形成负压，与导气管连通的分层取样器可将土壤吸入，进行取样。

12、进一步的，若干分层取样器包括筒体、防尘网、电磁阀，筒体与管体连通，防尘网设置在筒体内，电磁阀与筒体紧固连接，电磁阀设置在筒体与导气管连通处。

13、筒体用于放置收集的土壤，防尘网防止土壤被吸入导气管内，避免堵塞，电磁阀用于控制筒体与导气管的接通与闭合，电磁阀依次工作，连通筒体与导气管，将土壤吸入筒体内。

14、进一步的，若干分层取样器还包括摩擦板、挡流板、伸缩杆、第二弹簧，筒体内设置有移动腔，第二弹簧一端与摩擦板紧固连接，第二弹簧另一端与筒体紧固连接，摩擦板和第二弹簧位于移动腔内，伸缩杆与摩擦板铰接，挡流板与筒体转动连接，摩擦板通过伸缩杆与挡流板传动连接，挡流板位于防尘网和电磁阀之间。

15、当抽风机启动后，土壤被吸入筒体内，土壤在进入筒体内时会经过摩擦板，土壤与摩擦板之间有相对运动，摩擦板会受到土壤的摩擦力，摩擦力会推动摩擦板运动，摩擦板运动会带动与其铰接的伸缩杆运动，进而带动挡流板转动，挡流板转动可调节过气通道的截面大小，从而自动控制吸力的大小，第二弹簧用于摩擦板的复位，当土壤给摩擦板的摩擦力较小时，表明土壤的越松散，摩擦板移动的距离较短，挡流板打开的过气通道越大，吸力就越大，更易将松散的土壤吸入；当土壤给摩擦板的摩擦力较大时，表明土壤越紧实，摩擦板移动的距离越远，挡流板打开的过气通道越小，吸力就越小，从而保证吸入的紧实的土壤量与松散的土壤量保持一致，确保取样的准确。

16、取样方法包括以下步骤：

17、1)取样点定位：将取样装置运送到需要取样的地点，固定杆插入土壤中进行定位；

18、2)装置固定：驱动电机启动带动转盘转动，从而带动转动片切入土壤内，使得取样装置固定在取样点；

19、3)装置自调平：通过控制器分析检测棒之间的电阻来判断取样装置的倾斜角度，并控制电动推杆进行伸缩，自动调平取样装置；

20、4)钻土取样：通过电缸推动支架向下移动，进而带动滑动板沿导轨向下移动，使取样管向下运动插入土壤指定深度，然后抽风机启动，将土壤吸入筒体内进行取样，接着电缸将取样管从土壤中拔出，取出吸入筒体的土壤，取样完成。

21、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过电缸推动取样管进行取样，其自动化程度高，节省了大量的人力物力，通过弹开装置中的转动片切入土壤中，从而增大与土壤的接触面积，使得装置整体更加稳固，转动片可根据需要调节切入土壤的深度，通过土层自重对装置整体进行重量补偿，防止装置重量较轻，在取样时，被取样管插入土层的反向作用力将装置顶起，因此可以抵消取样管插入土壤时产生的反作用力，确保取样的稳定，检测棒浸入导电溶液的深度的变化，可影响检测棒之间的电阻值大小，通过控制器读取检测棒之间电阻的变化，来判断取样装置的倾斜角度，并和电动推杆联动，实现取样装置的自动调平，避免了取样装置在取样时发生偏移，影响取样，结构简单，检测迅速，通过吸取土壤时，土壤给摩擦板的摩擦力来带动摩擦板运动，进而带动挡流板转动，来调节过气通道的截面大小，从而自动调节吸力的大小，保证吸入的紧实的土壤量与松散的土壤量保持一致，确保取样的准确性。