[实用新型]基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及土壤学实验研究设备技术领域，特别是涉及一种基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统。

背景技术

土壤物理参数及其水动力特征参数是研究土壤水文过程的重要依据。为了获取土壤物理参数及其水动力特征参数，一般采用原状土取样。目前，随着地下水的大规模开采，华北平原的地下水位埋深由20世纪70年代的2～15m降至现在的8～30m，局部地区甚至达到了56m。那么，地下水位的下降使得土壤水文过程的研究深度从原来的几米拓展到了二十多米甚至更大的范围。

那么，在对大埋深土壤物理参数及水动力特征参数的研究中，由于地下水位埋深的增加，需获取原状土的深度也随之增加，而土壤受到的压力也会随深度的增加而不断加大，造成大埋深下的土壤也更加密实，获取原状土的难度加大。

目前的原状土取样装置有环刀取土钻和汽油动力取土钻。

其中，环刀取土钻主要通过旋转顶部的T型手柄，来带动底部的螺旋钻头进行钻进，到达一定深度后可以将螺旋钻头更换为环刀钻头进行取土。这种环刀取土方案在获取地面2m以内的原状土比较容易，对于2m以下的土壤来说，由于土壤的密实程度相对较大并且密实程度随深度的增加而增加，那么如果取土则需要对T型手柄施加一个很大的力才能继续钻进和取土，这会对取样人员的劳动力需求很大且取土效率较低。

而汽油机动力取土钻则分为锤击式和震动式：锤击式取土钻是通过汽油机带动击锤不断对钻杆击打进行钻进；震动式取土钻则是通过不断对钻杆震动来达到钻进的目的。虽然汽油机动力取土钻能够在一定程度上减小对取样人员劳动力的需求，但是，汽油机取土装置的整套设备重量总体较高(例如高达20kg)，使得野外取土不便携带且购置费用较高。

由此可见，现有技术中的大埋深土壤采样装置普遍存在着土壤取样难度大、效率低以及成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统，以解决现有技术中的大埋深土壤采样装置所存在的土壤取样难度大、效率低以及成本高的问题。

为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，本实用新型公开了一种基于超声波的大埋深土壤取样装置，包括：

手柄；

超声波换能器，具有主体和能够相对所述主体振动的振动端；

杆件，所述杆件具有顶端和底端，所述顶端连接至所述手柄，所述底端连接至所述超声波换能器的所述主体；

环刀钻头，连接至所述超声波换能器的所述振动端；以及

用于为所述超声波换能器供电的驱动电源。

根据本实用新型的另一个方面，本实用新型还公开了一种基于超声波的大埋深土壤取样系统，包括：上述装置，所述驱动电源为蓄电池，所述系统还包括：用于将来自所述蓄电池的直流电转换为交流电并供给所述超声波换能器的逆变器。

与现有技术相比，本实用新型包括以下优点：

本实用新型的基于超声波的大埋深土壤取样装置通过将环刀钻头与超声波换能器的振动端连接，使得超声波换能器转换成的超声波带动环刀钻头进行超声波振动，能够实现环刀钻头的高效钻进，而超声波换能器自身仅消耗很少的一部分功率，能量利用率高。

附图说明

图1A是根据本实用新型的一个实施例的一种基于超声波的大埋深土壤取样系统的示意图；

图1B是图1A所示的基于超声波的大埋深土壤取样系统中部分结构的放大示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1A，示出了本实用新型一个实施例的基于超声波的大埋深土壤取样系统，其中，图1中包括基于超声波的大埋深土壤取样装置，从图1可以看出，该装置包括：手柄4、超声波换能器2、杆件3、环刀钻头1和驱动电源5。手柄4可以是任何类型的手柄，例如，可以是如图1A所示的T型手柄，使用者可以通过该手柄4扶住整个土壤取样装置。

其中，在一个实施例中，环刀钻头1是一种主要用来取土的钻头，其具有上下开口的圆筒结构，环刀钻头1的下开口的壁厚较薄，类似于刀刃，适合插入土壤中。当环刀钻头1钻入土壤中时，土壤在环刀钻头1的切割下逐渐进入并存留在环刀钻头1的圆筒结构中，实现环刀钻头对土壤的取样。