专利名称：一种不同土层深度土壤溶液自动采样器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种土壤溶液采集装置，尤其涉及在野外使用的一种不同土层深度土 壤溶液自动采样器。属于土壤采样技术领域。
背景技术：
土壤溶液在土壤养分和水分研究中是非常重要的，因为它一方面能使土壤和植物 根系之间直接接触，另一方面又在土壤物质的迁移和淋洗中起重要作用。土壤溶液的获取 有多种方法，但可归为破坏性采样、非破坏性采样。一般说来，破坏性采样需要将土壤样品 从原位取出(有时还需进行风干和再湿润)，土壤溶液的化学组成和平衡易发生变化，且无 法进行长期定位研究，这种采样方法具有很大的局限性。而非破坏性采样是通过埋设陶瓷 管等设备，在原位长期定位取样，可以研究在一定时期内土壤溶液的动态变化。当前，土壤原位采样技术取得较大的进展，如申请号2006100883 . X，名称为一种 土壤溶液原位连续采集装置的发明专利，提供了一种制作简单，抽取速度快，轻小实用，可 以采集同一土壤断面上土壤溶液的装置。再如申请号20092017M41. 4，名称为多孔式土壤 原位溶液提取器的实用新型专利，介绍了一种结构简单、造价低，经久耐用，取样方便快捷 的土壤溶液取样装置。为使取样更具有整体代表性，往往需要选取垂直方向上不同断面的土壤溶液。如 申请号200710011678. X，名称为不同土层深度土壤溶液批量采集装置的发明专利，提供了 一种底部设有陶土头的渗漏管、集液瓶、缓冲瓶及负压装置的土壤溶液取样器，导液管的一 端密封插接于渗漏管内，另一端插接于集液瓶；与负压装置相连通的缓冲瓶通过多路通气 装置与集液瓶相连通从而实现取样。该发明结构简单、操作方便，通过多路通气装置一次可 以采集多个样品，采集效率高。然而上述专利虽然实现了不同土层深度土壤溶液取样，但是 均未涉及批量、自动化采集，难以满足野外土壤溶液的自动采样需要，开发一种新型的分时 段自动采样装置，使之能应用于野外、无人看管采样，对土壤溶液的研究具有非常重要的意 义。
发明内容
1、目的:本发明的目的在于提供一种不同土层深度土壤溶液自动采样器(以下简称自动 采样器)，该自动采样器自动化程度高、它能实现对土壤溶液及时、准确、连续的采集。2、技术方案本发明一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，它是由采样管、抽吸装置、采样室 和仪器控制室组成。它们之间的位置连接关系是采样管上的主干管与抽吸装置下部相连 通；抽吸装置通过安装其上的进水管与采样室相连；仪器控制室的步进电机通过同步带轮 与采样室的转轴相连接，从而实现转轴的旋转。所述采样管由主干管和侧管组成，其中侧管设置在主干管两旁，且垂直等间距布置，侧管的两端头有圆形的陶瓷过滤器。该主干管为L形弯管，一端与抽吸装置相连，另一 端密封。主干管的两侧等距离打孔与侧管相连，其孔间距根据采样需要决定；尽可能使各个 侧管的抽吸力相同；该侧管一端与主干管相连，另一端与陶瓷过滤器相连，侧管的长度由采 样点的位置布置决定；该陶瓷过滤器是由陶瓷材料制成的微孔圆柱体，其长度由具体的 采样结构决定，其主要作用是过滤土壤溶液中的沙粒等物质；整个采样管埋设于土壤中，出 口的另一端与抽吸装置相连。所述抽吸装置是真空泵。其一端与采样管相连，另一端与采样室相连；真空泵的功 率由现场试验情况决定。所述采样室由进水管、出水管、转轴、采样杯座和采样杯组成。其间关系是转轴位 于采样室的中心由一对固定在采样室底部及采样杯座中心的滚动轴承支撑，转轴的下部与 仪器控制室内的步进电机通过同步带轮相连，由步进电机带动实现转轴的转动。进水管与 转轴是分开的，不随转轴旋转；该出水管随转轴同步旋转且出水口正对在采样杯的中心上 方；多个采样杯呈圆形排列于采样杯座上，且使出水管的出水口正对在采样杯的中心上方。 该进水管一端与抽吸装置相连，另一端(出水端)位于转轴的正上方；该转轴位于采样室的 中心由一对固定在采样室底部及采样面板中心的滚动轴承支撑，转轴的下部与仪器控制室 内的步进电机通过同步带轮相连，由步进电机带动实现转轴的转动；该采样杯座是圆盘状； 该出水管是PVC材质的软管；所述仪器控制室主要由步进电机、步进电机控制器和蓄电池组成。其间关系是调 整步进电机控制器发出的脉冲信号的数量和频率，控制步进电机转动的角度和转动频率， 从而控制转轴在固定时间间隔T时旋转的角度θ，即每经过间隔固定时间T的转动，使得出 水管的出水口处于采样杯的中心。该步进电机的是二相混合式20mm步进电机，步进电机控 制器为可编程式，可以编写与不同实验方案相应的控制程序来控制采样，该蓄电池为正向 免维护铅酸蓄电池电池，这就使得土壤溶液采样实现自动化，以满足不同使用者的实验需 求。其中，该主干管、侧管是聚酯管，主干管的直径为侧管的3-5倍；其中，该真空泵是双级旋片式真空泵；其中，该进水管是直径为18_22mm，PVC材质的软管；其中，该出水管是直径为18_22mm的PVC材质软管；其中，该采样杯的容量为250ml，高为10-12cm ；其中，该蓄电池的型号为46B24L型；其中，该步进电机的型号是42BYG;其中，该转轴为不锈钢材质且直径是18_22mm ；其中，该采样杯座是PVC材质。3、优点和积极效果本发明一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其优点及积极效果在于本发明 不仅仅能实现不同土层深度土壤溶液采样具有代表性，而且能保证取样的准确度，并能实 现高度自动化。适用于野外采集土壤溶液的实验。
图1本发明自动采样器的主视2本发明自动采样器的俯视中符号说明如下1、陶瓷过滤器；2、主干管；3、侧管；4、抽吸装置；5、进水管；6、转轴；7、出水管；8、 采样杯；9、同步带轮；10、步进电机；11、蓄电池；12采样杯座；13、步进电机控制器。(五)实施方式举例下面结合附图对本发明专利进行详述。如图1所示，本发明一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，是由采样管、抽吸装 置、采样室、仪器控制室组成。它们之间的位置连接关系是采样管上的主干管2与抽吸装 置4下部相连通；抽吸装置4通过安装其上的进水管5与采样室相连；仪器控制室的步进电 机10通过同步带轮9与采样室的转轴6相连接，从而实现转轴6的旋转。所述采样管由主干管2及侧管3组成，侧管3设置在主干管2两旁，且垂直等间 距布置，侧管的两端头有圆形陶瓷过滤器1。该陶瓷过滤器1是由陶瓷材料制成的微孔圆 柱体，其长度为2-3cm，其主要作用是过滤土壤溶液中的沙粒等物质；该主干管2是直径为 50mm的聚酯管，其一端与抽吸装置相连，另一端密封。主干管2的两侧等距离打孔与侧管3 相连，其长度为100cm，尽可能使各个侧管3的抽吸力相同；该侧管3是直径为2cm的聚酯 管，其一端与主干管2相连，另一端与陶瓷过滤器1相连，侧管3的长度为20cm ；整个采样 管埋设于土壤中，这样可以精确取到不同土层深度的土壤溶液。抽吸装置4的一端与采样 管相连，另一端与进水管5相连。进水管5与可旋转的中心转轴6是分开的，不随转轴6旋 转，而出水管7可随转轴6自动旋转，出水管7出水口下方为呈圆形排列的采样杯座12，采 样杯座12中放置采样杯8。出水管7出水位置定位在采样杯8的正上方，且其每经一次旋 转恰好停在下一个采样杯8的圆心上方。为了实现所述的转轴6以固定的转角与时间间隔旋转，采用步进电机10与中心转 轴6相连。步进电机10是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行 元件，具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。当步进电机驱动器13接收 到一个脉冲信号，它就驱动步进电机10按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；可以通过控制脉冲频 率来控制步进电机10转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机10安装在仪 器控制室与转轴6中心同一水平位置，与采样室的转轴6通过同步带轮9相连。由步进电 机10带动，实现转轴6的转动。其中，该真空泵是双级旋片式真空泵；其中，该进水管是直径为20mm PVC材质的软管；其中，该出水管是直径为20mm PVC材质的软管；其中，该采样杯的容量为250ml，高为Ilcm ；其中，该蓄电池的型号为46B24L型；其中，该步进电机的型号是42BYG ；其中，该转轴的材质为不锈钢、直径是20mm ；其中，该采样杯座是PVC材质。
权利要求
1.一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于它是由采样管、抽吸装置、采 样室和仪器控制室组成；采样管上的主干管与抽吸装置下部相连通，抽吸装置通过安装其 上的进水管与采样室相连，仪器控制室的步进电机通过同步带轮与采样室的转轴相连接， 从而实现转轴的旋转；所述采样管由主干管和侧管组成，侧管设置在主干管两旁且垂直等间距布置，侧管的 两端头有圆形的陶瓷过滤器；该主干管为L形弯管，一端与抽吸装置相连，另一端密封；主 干管的两侧等距离打孔与侧管相连，其孔间距根据采样需要选定；该侧管一端与主干管相 连，另一端与陶瓷过滤器相连；该陶瓷过滤器是由陶瓷材料制成的微孔圆柱体，其作用是过 滤土壤溶液中的沙粒物质；整个采样管埋设于土壤中，出口的另一端与抽吸装置相连；所述抽吸装置是真空泵，其一端与采样管相连，另一端与采样室相连；所述采样室由进水管、出水管、转轴、采样座和采样杯组成，转轴位于采样室的中心由 一对固定在采样室底部及采样杯座中心的滚动轴承支撑，转轴的下部与仪器控制室内的步 进电机通过同步带轮相连，由步进电机带动实现转轴的转动；该进水管固定在转轴上，不随 转轴旋转，一端与抽吸装置相连，另一端位于转轴的正上方；该出水管随转轴同步旋转且 出水口正对在采样杯的中心上方；该采样杯呈圆形排列于采样杯座上；该转轴位于采样室 的中心由一对固定在采样室底部及采样面板中心的滚动轴承支撑，转轴的下部与仪器控制 室内的步进电机通过同步带轮相连，由步进电机带动实现转轴的转动；该采样杯座是圆形 状；所述仪器控制室由步进电机、步进电机控制器和蓄电池组成；调整步进电机控制器发 出的脉冲信号的数量和频率，控制步进电机转动的角度和转动频率，从而控制转轴在固定 时间间隔T时旋转的角度θ，即每经过间隔固定时间T的转动，使得进水管的出水口处于采 样杯的中心；该步进电机的是二相混合式20mm步进电机，步进电机控制器为可编程式，可 以编写与不同实验方案相应的控制程序来控制采样，该蓄电池为正向免维护铅酸蓄电池电 池，这就使得土壤溶液采样实现自动化，以满足不同使用者的实验需求。
2.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该主 干管、侧管是聚酯管，主干管的直径为侧管的3-5倍。
3.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该真 空泵是双级旋片式真空泵。
4.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该进 水管是直径为18-22mm的PVC材质的软管。
5.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该出 水管是直径为18-22mm的PVC材质的软管。
6.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该采 样杯的容量为250ml，高为10-12cm。
7.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该蓄 电池的型号为46B24L型。
8.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该步 进电机的型号是42BYG。
9.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该转轴的材质是不锈钢材质且直径是18-22mm。
10.根据权利要求1所述的一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，其特征在于该采 样杯座是PVC材质。
全文摘要
本发明一种不同土层深度土壤溶液自动采样器，它是由采样管、抽吸装置、采样室和仪器控制室组成。它们之间的位置连接关系是采样管上的主干管与抽吸装置下部相连通；抽吸装置通过安装其上的进水管与采样室相连；仪器控制室的步进电机通过同步带轮与采样室的转轴相连接，从而实现转轴的旋转。所述采样管由主干管和侧管组成；所述抽吸装置是真空泵；所述采样室由进水管、转轴、采样座和采样杯组成；所述仪器控制室主要由步进电机、步进电机控制器和蓄电池组成。本发明不仅能实现不同土层深度土壤溶液采样具有代表性，而且能保证取样的准确度，并能实现高度自动化。它在野外土壤采样技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
文档编号G01N1/14GK102128734SQ20101058654
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者卫新锋, 孙东亚, 宋凯宇, 张爱静, 欧阳威, 翟正丽, 赵进勇 申请人:中国水利水电科学研究院, 北京师范大学
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