本發(fā)明涉及土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種原狀土壤電動(dòng)取樣裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

土壤物理參數(shù)及其水動(dòng)力特征參數(shù)是研究土壤水文過(guò)程的重要依據(jù)。為了獲取土壤物理參數(shù)及其水動(dòng)力特征參數(shù)，一般采用原狀土取樣。目前，隨著地下水的大規(guī)模開(kāi)采，華北平原的地下水位埋深由20世紀(jì)70年代的2～15m降至現(xiàn)在的8～30m，局部地區(qū)甚至達(dá)到了56m。那么，地下水位的下降使得土壤水文過(guò)程的研究深度從原來(lái)的幾米拓展到了二十多米甚至更大的范圍。

那么，在對(duì)大埋深土壤物理參數(shù)及水動(dòng)力特征參數(shù)的研究中，由于地下水位埋深的增加，需獲取原狀土的深度也隨之增加，而土壤受到的壓力也會(huì)隨深度的增加而不斷加大，造成大埋深下的土壤也更加密實(shí)，獲取原狀土的難度加大。

目前的原狀土取樣裝置有環(huán)刀取土鉆和汽油動(dòng)力取土鉆。

其中，環(huán)刀取土鉆主要通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)頂部的t型手柄，來(lái)帶動(dòng)底部的螺旋鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，到達(dá)一定深度后可以將螺旋鉆頭更換為環(huán)刀鉆頭進(jìn)行取土。這種環(huán)刀取土方案在獲取地面2m以?xún)?nèi)的原狀土比較容易，對(duì)于2m以下的土壤來(lái)說(shuō)，由于土壤的密實(shí)程度相對(duì)較大并且密實(shí)程度隨深度的增加而增加，那么如果取土則需要對(duì)t型手柄施加一個(gè)很大的力才能繼續(xù)鉆進(jìn)和取土，這會(huì)對(duì)取樣人員的勞動(dòng)力需求很大且取土效率較低。

而汽油機(jī)動(dòng)力取土鉆則分為錘擊式和震動(dòng)式：錘擊式取土鉆是通過(guò)汽油機(jī)帶動(dòng)擊錘不斷對(duì)鉆桿擊打進(jìn)行鉆進(jìn)；震動(dòng)式取土鉆則是通過(guò)不斷對(duì)鉆桿震動(dòng)來(lái)達(dá)到鉆進(jìn)的目的。雖然汽油機(jī)動(dòng)力取土鉆能夠在一定程度上減小對(duì)取樣人員勞動(dòng)力的需求，但是，汽油機(jī)取土裝置的整套設(shè)備重量總體較高(例如高達(dá)20kg)，使得野外取土不便攜帶且購(gòu)置費(fèi)用較高。

由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的大埋深土壤取樣裝置普遍存在著土壤取樣難度大、效率低以及成本高的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種原狀土壤電動(dòng)取樣裝置及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的大埋深土壤取樣裝置所存在的土壤取樣難度大、效率低以及成本高的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種原狀土壤電動(dòng)取樣裝置，包括：

依次連接的手柄、帶豎紋的傳力桿和螺旋鉆頭，所述傳力桿與所述螺旋鉆頭之間為可拆卸連接，所述螺旋鉆頭通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述手柄或所述傳力桿而轉(zhuǎn)動(dòng)；

膨脹套筒系統(tǒng)，包括：

平臺(tái)，具有允許所述螺旋鉆頭、所述傳力桿穿過(guò)的第一通孔以及環(huán)繞所述第一通孔軸向設(shè)置的多個(gè)第二通孔；

套筒，由圍繞所述平臺(tái)的外周的多個(gè)鋼片構(gòu)成，每個(gè)鋼片的頂端與所述平臺(tái)連接，并且每個(gè)鋼片的內(nèi)側(cè)設(shè)有楔形結(jié)構(gòu)；

多根鋼桿，與所述多個(gè)第二通孔一一對(duì)應(yīng)，并且所述多根鋼桿的上端具有螺紋，每根鋼桿穿過(guò)對(duì)應(yīng)的第二通孔，通過(guò)所述螺紋與位于所述第二通孔上方的螺母連接；

倒楔形鐵環(huán)，位于所述套筒內(nèi)，其中，所述多根鋼桿在所述倒楔形鐵環(huán)的內(nèi)壁與所述倒楔形鐵環(huán)固定連接，其中，所述倒楔形鐵環(huán)的位置與所述楔形結(jié)構(gòu)的位置對(duì)應(yīng)，使得當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)所述螺母以使所述多根鋼桿相對(duì)所述套筒向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述倒楔形鐵環(huán)能夠與所述楔形結(jié)構(gòu)接合并將所述楔形結(jié)構(gòu)向外推開(kāi)，從而使所述多個(gè)鋼片遠(yuǎn)離彼此向外膨脹；以及

一對(duì)斜螺紋桿，可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述平臺(tái)的上表面并對(duì)稱(chēng)地與所述傳力桿的所述豎紋垂直嚙合，所述一對(duì)斜螺紋桿具有搖柄，當(dāng)通過(guò)所述搖柄使所述斜螺紋桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述傳力桿能夠沿豎直方向運(yùn)動(dòng)；

超聲波換能器，具有主體和能夠相對(duì)所述主體振動(dòng)的振動(dòng)端，所述超聲波換能器的所述主體能夠替換所述螺旋鉆頭與所述傳力桿可拆卸地連接；

環(huán)刀鉆頭，連接至所述超聲波換能器的所述振動(dòng)端；以及

用于為所述超聲波換能器供電的驅(qū)動(dòng)電源。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還公開(kāi)了一種原狀土壤電動(dòng)取樣系統(tǒng)，包括：上述裝置，所述驅(qū)動(dòng)電源為蓄電池，所述系統(tǒng)還包括：用于將來(lái)自所述蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并供給所述超聲波換能器的逆變器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的有益效果在于：使用本發(fā)明的原狀土壤電動(dòng)取樣裝置時(shí)，當(dāng)使用螺旋鉆頭鉆到一定深度，可以將膨脹套筒系統(tǒng)放入鉆孔當(dāng)中，通過(guò)使套筒膨脹而與周?chē)耐寥谰o密接合，從而使膨脹套筒系統(tǒng)牢固地固定在土壤中；接著，可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)斜螺紋桿使螺旋鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)；到達(dá)所需要的深度后，將螺旋鉆頭更換為超聲波換能器和環(huán)刀鉆頭的組合，使得超聲波換能器轉(zhuǎn)換成的超聲波帶動(dòng)環(huán)刀鉆頭進(jìn)行超聲波振動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)刀鉆頭的快速取樣。本發(fā)明提出的這種方案與直接轉(zhuǎn)動(dòng)手柄相比更加省力、高效，降低了大埋深土壤的取樣難度，從而能夠提高取土效率。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種包含原狀土壤電動(dòng)取樣裝置的原狀土壤電動(dòng)取樣系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膨脹套筒系統(tǒng)的下部部分的放大示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膨脹套筒系統(tǒng)的上部部分的放大示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膨脹套筒系統(tǒng)的平臺(tái)的俯視圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膨脹套筒系統(tǒng)的平臺(tái)的側(cè)視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的彼此嚙合的傳力桿和斜螺紋桿的俯視圖；

圖7是圖1的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

整體參照?qǐng)D1至圖7，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種原狀土壤電動(dòng)取樣裝置，該裝置包括手柄1、帶豎紋的傳力桿2和螺旋鉆頭3。手柄1可以是任何類(lèi)型的手柄，操作人員通過(guò)對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)(例如，轉(zhuǎn)動(dòng))而使傳力桿2隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使與傳力桿2連接的螺旋鉆頭3轉(zhuǎn)動(dòng)。傳力桿2上的豎紋將在后文中詳細(xì)描述。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1或傳力桿2都可以使螺旋鉆頭3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而鉆入土壤。傳力桿2和螺旋鉆頭3之間為可拆卸的連接。

此外，該原狀土壤電動(dòng)取樣裝置還包括膨脹套筒系統(tǒng)。該膨脹套筒系統(tǒng)包括平臺(tái)5、套筒6、多根鋼桿7以及倒楔形鐵環(huán)8。

平臺(tái)5具有允許螺旋鉆頭3和傳力桿2穿過(guò)的第一通孔501以及環(huán)繞第一通孔501軸向設(shè)置的多個(gè)第二通孔502。

套筒6由圍繞平臺(tái)5的外周的多個(gè)鋼片601構(gòu)成。鋼片的長(zhǎng)度任選，一般可以設(shè)置為2m左右。鋼片601的數(shù)量可以任選，例如，3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或更多。這些鋼片601圍成筒狀結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成套筒6。整個(gè)套筒直徑略小于鉆孔直徑，以便套筒6可以放入鉆孔中。在使用時(shí)，套筒6的處于下方的大部分放入鉆孔中，處于上方的小部分留在地面上方。例如，假設(shè)套筒高2m，則可以使套筒下部的1.5m深入鉆孔，上部的0.5m處于地面之上。每個(gè)鋼片601的頂端與如圖5所示的平臺(tái)5連接，并且如圖1和圖2所示，每個(gè)鋼片601的內(nèi)側(cè)設(shè)有楔形結(jié)構(gòu)602。應(yīng)理解，此處所述的鋼片的“頂端”指的是鋼片601在使用時(shí)其在豎直方向上的最上端部分。后文中當(dāng)提到“上”、“下”、“頂部”、“底部”、“底端”等相對(duì)位置關(guān)系也都是根據(jù)使用時(shí)在豎直方向上的位置而言的。此外，鋼片的“內(nèi)側(cè)”指的是由鋼片601圍成的筒狀結(jié)構(gòu)(即，套筒6)的內(nèi)側(cè)。

所述多根鋼桿7與所述多個(gè)第二通孔502一一對(duì)應(yīng)，即，鋼桿7的數(shù)量與第二通孔502的數(shù)量相同，每根鋼桿7都有與之對(duì)應(yīng)的第二通孔502。優(yōu)選地，在一個(gè)實(shí)施例中，鋼桿7和第二通孔502的數(shù)量為4個(gè)。每根鋼桿7都穿過(guò)對(duì)應(yīng)的第二通孔502。鋼桿7的上端具有螺紋，螺紋的長(zhǎng)度任選，例如，可以大約為10cm，鋼桿7穿過(guò)對(duì)應(yīng)的第二通孔502后通過(guò)該螺紋與位于該第二通孔502上方(即，平臺(tái)5上方)的螺母9連接。

倒楔形鐵環(huán)8位于套筒6內(nèi)，倒楔形鐵環(huán)8的直徑略小于套筒6直徑但大于鉆頭3直徑。顧名思義，倒楔形鐵環(huán)8具有倒楔形形狀，該倒楔形形狀類(lèi)似于截頭圓錐的形狀，其上部的直徑小于下部的直徑。此外，如圖2所示，該倒楔形鐵環(huán)8內(nèi)部中空，具有類(lèi)似圓錐筒的結(jié)構(gòu)。所述多根鋼桿7在倒楔形鐵環(huán)8的內(nèi)壁與所述倒楔形鐵環(huán)8固定連接。

如圖1～圖3所示，倒楔形鐵環(huán)8處于基本水平的位置。此時(shí)，鋼桿7以及其所連接的倒楔形鐵環(huán)8通過(guò)螺母9相當(dāng)于整體掛在平臺(tái)5上。其中，如圖4所示，螺母9的直徑大于第二通孔502的直徑，使得螺母9不能穿過(guò)第二通孔502，因而起到將鋼桿7和倒楔形鐵環(huán)8掛在平臺(tái)5上的作用，鋼桿7和倒楔形鐵環(huán)8的重量使得螺母9與平臺(tái)5的上表面緊緊接合。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)鋼桿7上的螺母9，可以使鋼桿7相對(duì)于螺母9上下運(yùn)動(dòng)。

如圖1和圖2所示，倒楔形鐵環(huán)8的位置與楔形結(jié)構(gòu)602的位置對(duì)應(yīng)，這要求多個(gè)楔形結(jié)構(gòu)602設(shè)置在同一水平高度上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母9以使所述多根鋼桿7相對(duì)套筒6向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，倒楔形鐵環(huán)8能夠與楔形結(jié)構(gòu)602接合并將所述楔形結(jié)構(gòu)602所在的套筒6向外推開(kāi)，從而使所述多個(gè)鋼片601遠(yuǎn)離彼此向外膨脹。由于膨脹套筒系統(tǒng)在使用時(shí)是放置在鉆孔中的，因此，向外膨脹的鋼片601會(huì)與周?chē)耐寥谰o密接合，從而使膨脹套筒系統(tǒng)牢固地固定在土壤中，從而保證了平臺(tái)5的穩(wěn)定性。

此外，如圖1和圖4所示，該原狀土壤電動(dòng)取樣裝置還包括一對(duì)斜螺紋桿10。所述一對(duì)斜螺紋桿10可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在平臺(tái)5的上表面，斜螺紋桿10表面具有斜螺紋，使得斜螺紋桿10能夠?qū)ΨQ(chēng)地與傳力桿2上的豎紋垂直嚙合。圖6是示出了傳力桿2與斜螺紋桿10之間的配合的俯視圖。從圖6中能夠清晰地看到傳力桿2上的豎紋的結(jié)構(gòu)，傳力桿2在外周上形成多條豎紋，這些豎紋沿傳力桿2的縱向延伸。斜螺紋桿10與傳力桿2之間的配合類(lèi)似于蝸輪與蝸桿之間的配合。斜螺紋桿10具有搖柄15，當(dāng)通過(guò)搖柄15轉(zhuǎn)動(dòng)所述斜螺紋桿10時(shí)，傳力桿2隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將原來(lái)驅(qū)動(dòng)手柄所施加的水平面上的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)動(dòng)90°變?yōu)橛蓳u柄15施加的豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)力。由于傳力桿2與鉆頭3連接，傳力桿2的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致鉆頭3的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而繼續(xù)鉆進(jìn)或鉆出，該傳力桿2因此表現(xiàn)出沿豎直方向的運(yùn)動(dòng)。

參照?qǐng)D1，該原狀土壤電動(dòng)取樣裝置還包括超聲波換能器19和環(huán)刀鉆頭25。超聲波換能器19具有主體191和能夠相對(duì)主體191振動(dòng)的振動(dòng)端192，超聲波換能器19的主體191能夠替換圖1所示的螺旋鉆頭3與傳力桿2可拆卸地連接，換句話說(shuō)，螺旋鉆頭3的連接端也可以替換圖1中的超聲波換能器19的主體191來(lái)與傳力桿2可拆卸地連接。環(huán)刀鉆頭25連接至超聲波換能器19的振動(dòng)端192。其中，當(dāng)使用圖1所示的螺旋鉆頭3代替圖1中的虛線框部分連接傳力桿2時(shí)，可以使用螺旋鉆頭3鉆到一定深度(例如大埋深深度)，再將螺旋鉆頭3取下，更換為如圖1所示超聲波換能器19和環(huán)刀鉆頭25，進(jìn)行取樣。

環(huán)刀鉆頭25是一種主要用來(lái)取土的鉆頭，其具有上下開(kāi)口的圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)刀鉆頭25的下開(kāi)口的壁厚較薄，類(lèi)似于刀刃(與圖1所示的鉆頭套管27的下開(kāi)口的刀刃狀類(lèi)似)，適合插入土壤中。當(dāng)環(huán)刀鉆頭25鉆入土壤中時(shí)，土壤在環(huán)刀鉆頭25的切割下逐漸進(jìn)入并存留在環(huán)刀鉆頭25的圓筒結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)環(huán)刀鉆頭對(duì)土壤的取樣。

超聲波換能器19的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率(即超聲波)再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率，能量利用率高。超聲波換能器19具有主體191和能夠相對(duì)主體振動(dòng)的振動(dòng)端192。該振動(dòng)端192連接至環(huán)刀鉆頭25，從而使得當(dāng)振動(dòng)端192超聲波振動(dòng)時(shí)，可以帶動(dòng)與之連接的環(huán)刀鉆頭25做超聲波振動(dòng)，鉆進(jìn)速度快。環(huán)刀鉆頭25與振動(dòng)端192的連接可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，例如，直接連接，或者通過(guò)中間結(jié)構(gòu)連接等。傳力桿2與超聲波換能器19的主體191之間的連接可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，例如直接連接，或者通過(guò)中間結(jié)構(gòu)連接等。驅(qū)動(dòng)電源28用于為超聲波換能器19供電，其可以任何電源，例如蓄電池或機(jī)動(dòng)車(chē)等。

該實(shí)施例的有益效果在于：當(dāng)使用手柄1帶動(dòng)螺旋鉆頭3轉(zhuǎn)動(dòng)從而鉆入土壤一定深度后，由于土壤密度變大，使用人力驅(qū)動(dòng)手柄會(huì)非常費(fèi)力。此時(shí)，可以將膨脹套筒系統(tǒng)放入鉆孔當(dāng)中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母9，所述多根鋼桿7相對(duì)套筒6向上運(yùn)動(dòng)，倒楔形鐵環(huán)8能夠與楔形結(jié)構(gòu)602接合并將所述楔形結(jié)構(gòu)602向外推開(kāi)，從而使所述多個(gè)鋼片601遠(yuǎn)離彼此向外膨脹，進(jìn)而與周?chē)耐寥谰o密接合，從而使膨脹套筒系統(tǒng)牢固地固定在土壤中，從而保證了平臺(tái)5的穩(wěn)定性。平臺(tái)5的穩(wěn)定能夠保證斜螺紋桿的轉(zhuǎn)動(dòng)更好地傳遞給傳力桿。這時(shí)，可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的斜螺紋桿10使螺旋鉆頭3繼續(xù)鉆進(jìn)。這種結(jié)構(gòu)與直接轉(zhuǎn)動(dòng)手柄相比更加省力，降低了大埋深土壤的取樣難度，從而能夠提高取土效率。此外，對(duì)稱(chēng)設(shè)置的斜螺紋桿10可以由兩人同時(shí)用力，與一人直接轉(zhuǎn)動(dòng)手柄相比力量更大，取土效率更高。并且，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定深度后，在進(jìn)行取土?xí)r，可以將螺旋鉆頭3更換為超聲波換能器19和環(huán)刀鉆頭25的組合，使得超聲波換能器轉(zhuǎn)換成的超聲波帶動(dòng)環(huán)刀鉆頭進(jìn)行超聲波振動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)刀鉆頭的高效鉆進(jìn)，更加便于取土。超聲波換能器自身僅消耗很少的一部分功率，能量利用率高。

手柄1與帶豎紋的傳力桿2可以是一體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，手柄1與帶豎紋的傳力桿2之間為可拆卸連接，從而在不使用時(shí)彼此分開(kāi)，便于攜帶，并在需要使用時(shí)組裝在一起。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1所示，本發(fā)明的傳力桿2包括與手柄1連接的豎紋段21和與螺旋鉆頭3連接的至少一個(gè)連接桿22，傳力桿2的豎紋設(shè)置在該豎紋段21上，豎紋段21與所述至少一個(gè)連接桿22之間可拆卸連接，所述至少一個(gè)連接桿22彼此之間也是可拆卸連接。連接桿22的長(zhǎng)度可以自由選擇，例如，每段連接桿1m?？梢噪S鉆入深度的變化來(lái)增減連接桿22的數(shù)量。這樣，連接桿22則連接在傳力桿2和超聲波換能器19之間，或連接在傳力桿2和螺旋鉆頭3之間。

本發(fā)明中所述的可拆卸連接均可以通過(guò)銷(xiāo)槽配合實(shí)現(xiàn)連接。圖1當(dāng)中清楚地示出了這種銷(xiāo)槽16配合。例如，可以在傳力桿2的豎紋段21的一端設(shè)置銷(xiāo)，在與該豎紋段21連接的連接桿22的一端上設(shè)置與該銷(xiāo)配合的槽，也可以在豎紋段21的一端設(shè)置槽，在與該豎紋段21連接的連接桿22的一端上設(shè)置與該槽配合的銷(xiāo)。該銷(xiāo)和槽的截面可以都是長(zhǎng)方形的，也可以是其他便于傳遞扭矩的形狀，例如，十字花形。其中，圖1中的虛線部分與連接桿22仍可以采用該銷(xiāo)槽16配合。

此外，上述手柄1優(yōu)選為t型手柄。t型手柄為平面結(jié)構(gòu)，具有體積小、易攜帶的優(yōu)點(diǎn)。此外，該手柄也可以是其他類(lèi)型的手柄，例如，類(lèi)似于汽車(chē)方向盤(pán)式的手柄，或者十字形手柄等。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖3所示，該原狀土壤電動(dòng)取樣裝置還包括套設(shè)在套筒6外側(cè)上部的固定環(huán)11，其中，所述固定環(huán)11位于所述倒楔形鐵環(huán)8上方。具體如圖1和圖3所示，在使用時(shí)，該固定環(huán)11通常位于地面上方，而所述倒楔形鐵環(huán)8以及對(duì)應(yīng)的楔形結(jié)構(gòu)602通常位于地面下方。當(dāng)套筒6膨脹時(shí)，固定環(huán)11能夠起到類(lèi)似于杠桿支點(diǎn)的作用，從而使得當(dāng)套筒6的下部向外膨脹時(shí)，套筒6(鋼片601)的上部能夠緊緊地貼在如圖5所示的平臺(tái)5的側(cè)壁503上，從而增加平臺(tái)5的穩(wěn)定性。

為了額外增加平臺(tái)5的穩(wěn)定性，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖5所示，平臺(tái)5的下部相對(duì)平臺(tái)5的上部?jī)?nèi)縮使得平臺(tái)5呈如圖5所示的階梯狀圓柱結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)鋼片601的頂端彎折90度并與平臺(tái)5的上部的底面接合。這樣的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在豎直方向上對(duì)平臺(tái)5更好的支撐。

在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述平臺(tái)5包括第一部分504和第二部分505，即，如圖4所示，平臺(tái)5由兩部分結(jié)構(gòu)構(gòu)成。圖4中示出了平臺(tái)5的由兩個(gè)半圓形部分組成，但這并不是必要的，第一部分和第二部分也可以是其他形狀。第一部分和第二部分在一端通過(guò)鉸鏈彼此鉸接并在另一端通過(guò)固定扣12形成可拆卸連接，所述一對(duì)斜螺紋桿10分別設(shè)置在所述第一部分504和所述第二部分505上。第一部分與第二部分之間的鉸接可以在側(cè)面形成，使得第一部分與第二部分可以如圖4所示沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)，彼此靠近，并最終閉合在一起，通過(guò)固定扣12連接；也可以沿與箭頭相反的方向運(yùn)動(dòng)，彼此打開(kāi)。這種結(jié)構(gòu)的好處在于能夠通過(guò)平臺(tái)閉合程度靈活地調(diào)節(jié)平臺(tái)上的所述一對(duì)斜螺紋桿10與傳力桿2之間嚙合的程度，達(dá)到最好的傳力效果。

參照?qǐng)D4，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，斜螺紋桿10包括具有光滑表面的第一端10a和第二端10b，第一端10a和第二端10b上套設(shè)有軸承，所述第一端10a上的軸承通過(guò)折葉13連接至所述平臺(tái)5的上表面，所述第二端10b上的軸承通過(guò)折疊扣14連接至所述平臺(tái)5的上表面。這樣的結(jié)構(gòu)使得斜螺紋桿10可拆卸地固定至平臺(tái)5，便于使用和攜帶。搖柄15設(shè)置在該斜螺紋桿10的第二端10b。通過(guò)搖動(dòng)搖柄15能夠帶動(dòng)斜螺紋桿10轉(zhuǎn)動(dòng)。搖柄15與斜螺紋桿10可以是一體結(jié)構(gòu)，與斜螺紋桿10也可以形成可拆卸連接，例如，通過(guò)銷(xiāo)槽配合。搖柄15的使用能夠大大省力。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1所示，所述膨脹套筒系統(tǒng)包括在每個(gè)鋼片的內(nèi)側(cè)以預(yù)定距離間隔設(shè)置的多個(gè)所述楔形結(jié)構(gòu)602和與所述多個(gè)楔形結(jié)構(gòu)602配合的多個(gè)所述倒楔形鐵環(huán)8。例如，該預(yù)定間隔可以是0.5m，0.2m等。通過(guò)設(shè)置多個(gè)倒楔形鐵環(huán)8和與之配合的多個(gè)所述楔形結(jié)構(gòu)602，能夠使膨脹套筒系統(tǒng)的膨脹更加均勻，與土壤的接合更加緊密，從而使平臺(tái)5更穩(wěn)定。優(yōu)選地，在該實(shí)施例的基礎(chǔ)上，分布在每個(gè)鋼片上的多個(gè)所述楔形結(jié)構(gòu)602之間的間隔距離從下到上逐漸減小。這樣能夠使膨脹套筒系統(tǒng)的膨脹更加均勻。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1所示，該原狀土壤電動(dòng)取樣裝置還包括：套設(shè)在超聲波換能器19的主體191外部的超聲波換能器倉(cāng)26，其中，超聲波換能器19的主體191與該超聲波換能器倉(cāng)26固定連接，固定連接方式可以是任意連接方式，例如主體191的頂壁和/或側(cè)壁固定在超聲波換能器倉(cāng)26的內(nèi)壁。例如通過(guò)過(guò)盈配合實(shí)現(xiàn)連接。

其中，該超聲波換能器19的主體191可以通過(guò)超聲波換能器倉(cāng)26實(shí)現(xiàn)與傳力桿2的底端連接，這里傳力桿2包括連接桿22，因此，超聲波換能器19的主體191可以通過(guò)超聲波換能器倉(cāng)26實(shí)現(xiàn)與連接桿22的底端24連接。也即，這是傳力桿2(或連接桿22)與超聲波換能器19的主體191之間的一種通過(guò)中間結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的連接方式。通過(guò)在傳力桿2(連接桿22)的底端連接超聲波換能器倉(cāng)26并且將超聲波換能器19的主體191固定在超聲波換能器倉(cāng)26內(nèi)，為超聲波換能器19提供了專(zhuān)門(mén)的固定裝置，便于其固定更加穩(wěn)定。此外，避免了超聲波換能器19與上述傳力桿2(連接桿22)之間的直接連接，這樣便于超聲波換能器19的更換。

另外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1所示，該原狀土壤電動(dòng)取樣裝置還可以包括：與超聲波換能器19的振動(dòng)端192連接的鉆頭套管27，鉆頭套管27為一端開(kāi)口、一端封閉的圓筒，環(huán)刀鉆頭25固定在該圓筒內(nèi)。環(huán)刀鉆頭25與該圓筒可以是通過(guò)過(guò)盈配合進(jìn)行固定，也可以通過(guò)諸如螺栓連接等其他方式固定。通過(guò)將環(huán)刀鉆頭25設(shè)置在圓筒內(nèi)，使得環(huán)刀鉆頭更加穩(wěn)定，此外，也便于環(huán)刀鉆頭的更換和拆卸。

此外，在一個(gè)可選地實(shí)施例中，在將環(huán)刀鉆頭25固定在該鉆頭套管27內(nèi)時(shí)，環(huán)刀鉆頭25的上開(kāi)口截面與鉆頭套管27的頂側(cè)封閉截面之間可以直接接觸，或間隔一定距離d(例如如圖1和圖7所示)。而環(huán)刀鉆頭25的側(cè)壁可以與鉆頭套管27的內(nèi)壁直接連接或者通過(guò)螺栓等連接。

其中，當(dāng)環(huán)刀鉆頭25的上開(kāi)口截面與鉆頭套管27的頂側(cè)封閉截面之間間隔一定距離d時(shí)，可以在取土?xí)r，獲取相較于環(huán)刀容積更多容量的土，其中，有一部分土可以容納在該間隔距離d所在的空間中，使得一次取土量更大。

優(yōu)選地，在一個(gè)實(shí)施例中，所述圓筒(鉆頭套管27)的內(nèi)側(cè)頂壁設(shè)有壓力傳感器20。通過(guò)設(shè)置壓力傳感器20，當(dāng)圓筒中的環(huán)刀鉆頭25的環(huán)刀內(nèi)充滿土壤時(shí)，位于圓筒(鉆頭套管27)的內(nèi)側(cè)頂壁的壓力傳感器20會(huì)受到擠壓，壓力傳感器20檢測(cè)到來(lái)自土壤的壓力后，就會(huì)使壓力傳感器20連接的顯示設(shè)備上的壓力指示燈閃爍，從而使得鉆土者了解到當(dāng)前已經(jīng)取土完成，可以關(guān)閉超聲波換能器19的電源，然后，將鉆入土壤中的裝置部分從土壤中取出，并從環(huán)刀鉆頭25中取到土壤取樣?？蛇x地，該壓力傳感器20可以設(shè)置在圓筒(鉆頭套管27)的內(nèi)側(cè)頂壁的中心，這樣可以保證大容量取土的可靠性。

其中，需要注意的是，本發(fā)明實(shí)施例中與壓力傳感器連接的顯示設(shè)備是以壓力指示燈閃爍的方式來(lái)提醒取土完成的，但是，本發(fā)明對(duì)于檢測(cè)到壓力之后的提醒方式并不限制于壓力指示燈閃爍，可以是任意其他提醒方式，例如發(fā)出聲音等。

其中，上述實(shí)施例中的圖1針對(duì)膨脹套筒系統(tǒng)和傳力桿2連接超聲波換能器側(cè)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的大深埋土壤取樣裝置進(jìn)行了著重描述，而一個(gè)大深埋土壤取樣裝置的傳力桿2(或連接桿22)的底端24的連接對(duì)象還可由超聲波換能器以及環(huán)刀鉆頭等構(gòu)成的圖1所示的虛線部分替換為螺旋鉆頭3首先進(jìn)行鉆孔。

下面示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的原狀土壤電動(dòng)取樣裝置的示例取樣與使用步驟：

1.檢查裝置各組件的完整性；

2.地面以下2m的深度范圍內(nèi)，土壤相對(duì)疏松，將裝置組裝成現(xiàn)有常規(guī)取土鉆，直接用螺旋鉆頭鉆孔，剛開(kāi)始取土?xí)r，深度較淺，只需要一個(gè)連接桿，以后隨深度的增加來(lái)增加連接桿的數(shù)量；

3.深度超過(guò)2m后，由于土壤密實(shí)程度逐漸加強(qiáng)，鉆孔和取土相對(duì)困難，此時(shí)將常規(guī)取土鉆組裝成套筒取土鉆，只需在常規(guī)取土鉆的基礎(chǔ)上將膨脹套筒系統(tǒng)放入鉆孔，可通過(guò)螺栓將鋼片與膨脹套筒的平臺(tái)連接，轉(zhuǎn)動(dòng)膨脹套筒平臺(tái)上5與鋼桿7相連的螺母9，帶動(dòng)鋼桿7向上運(yùn)動(dòng)從而拉動(dòng)倒楔形鐵環(huán)8，使套筒6膨脹，將套筒6牢牢的固定在鉆孔中并穩(wěn)定膨脹套筒平臺(tái)5；

4.調(diào)整并緊固固定扣12將斜紋螺桿10固定，從而使斜螺紋桿10與傳力桿2嚙合，將搖柄15與斜螺紋桿10相連；

5.當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄時(shí)，螺旋鉆頭3向下鉆進(jìn)；當(dāng)鉆到所需取土深度時(shí)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)搖柄15將螺旋鉆頭3提出，也可將折疊扣松開(kāi)使斜螺紋桿10與傳動(dòng)桿2分離，人工直接提取鉆桿，將螺旋鉆頭3提出；

6.螺旋鉆頭3提到平臺(tái)外部，除去螺旋鉆頭3中的土壤，然后，將圖1所示的螺旋鉆頭3更換為圖1所示的超聲波換能器19和環(huán)刀鉆頭25等構(gòu)成的虛線部分的元件，放入至采用螺旋鉆頭3所鉆開(kāi)的孔中，打開(kāi)電源，繼續(xù)進(jìn)行取土，；

7.當(dāng)看到位于土壤之上的壓力傳感器20的顯示設(shè)備的指示燈閃爍時(shí)，就可以關(guān)閉超聲波換能器19的電源，將環(huán)刀鉆頭25取出，得到一定深度的土柱；

8.用環(huán)刀鉆頭25在取出的土柱中獲取試樣，得到一定深度的試樣，放入試樣箱中保存；

9.將取出的土樣放入試樣箱中備用；

10.重復(fù)步驟2—步驟9，獲取全部土樣；

11.取土完畢后，將設(shè)備拆解并進(jìn)行保養(yǎng)，然后裝箱。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種原狀土壤電動(dòng)取樣系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括上述任意一個(gè)實(shí)施例所述的原狀土壤電動(dòng)取樣裝置，其中，圖1所示的驅(qū)動(dòng)電源28為蓄電池，如圖1所示，該原狀土壤電動(dòng)取樣系統(tǒng)還包括用于將來(lái)自該蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并供給超聲波換能器19的逆變器17。在該實(shí)施例中，由于驅(qū)動(dòng)電源28為蓄電池，使得整套裝置便于遠(yuǎn)距離使用，不受電源的限制?？蛇x地，在該實(shí)施例中，該蓄電池、逆變器可以直接與超聲波換能器整合為一體，使整套裝置更加靈活。

在另一個(gè)實(shí)施例中，該原狀土壤電動(dòng)取樣系統(tǒng)還包括用于連接驅(qū)動(dòng)電源28與超聲波換能器19以對(duì)超聲波換能器19供電的電纜18，圖1所示的所述傳力桿2為能夠容納所述電纜18的中空傳力桿。這樣，電纜18能夠延伸穿過(guò)該中空傳力桿延伸到中空傳力桿外部，到達(dá)距離該裝置較遠(yuǎn)的地方，當(dāng)取樣地點(diǎn)離機(jī)動(dòng)車(chē)較近時(shí)，可以直接將電纜連接至車(chē)輛進(jìn)行取電。當(dāng)然，也可以將電纜18連接至蓄電池進(jìn)行取電。

另外，本發(fā)明實(shí)施例的上述原狀土壤電動(dòng)取樣裝置以及系統(tǒng)不僅僅可以應(yīng)用在大埋深環(huán)境下進(jìn)行取土，還可以應(yīng)用在需要夯實(shí)的地方，例如地基、土石壩等等，方便取土。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可。

盡管已描述了本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明實(shí)施例范圍的所有變更和修改。

最后，還需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者終端設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者終端設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者終端設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種原狀土壤電動(dòng)取樣裝置及系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。