本實(shí)用新型涉及發(fā)酵床墊料分析和監(jiān)測領(lǐng)域，具體是一種發(fā)酵床墊料樣品采集與墊料溫度測定無線傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；⒓s化模式的發(fā)展，畜禽糞便已成為我國農(nóng)村面源污染的主要來源之一，日益成為限制畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一。畜禽發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)體系是一種基于減少畜禽糞便排放與減輕環(huán)境污染的生態(tài)養(yǎng)殖模式，基本原理是利用活性功能微生物的作為物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化器，通過其繁殖與代謝活動，分解木屑，稻殼和秸稈等碳源物料，降解畜禽養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的含氮糞尿排泄物，實(shí)現(xiàn)了畜禽養(yǎng)殖無排放、無污染、無臭氣；比較圓滿地解決規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖的環(huán)境污染問題，構(gòu)建了低成本、高產(chǎn)出、無污染的生態(tài)畜禽養(yǎng)殖體系。作為畜禽養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種新模式，發(fā)酵床畜禽養(yǎng)殖技術(shù)于20世紀(jì)90年代引進(jìn)我國以來，在我國部分省市逐步試點(diǎn)應(yīng)用并本土化推廣示范，取得了良好的生態(tài)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)酵床墊料是畜禽活動場所，也是發(fā)酵微生物活動區(qū)域和畜禽糞尿的主要載體。發(fā)酵床墊料受其組分性質(zhì)，畜禽養(yǎng)殖種類與生長發(fā)育狀態(tài)，養(yǎng)殖強(qiáng)度和墊料日常維護(hù)等因素影響，使用壽命波動較大。發(fā)酵床墊料使用壽命的長短直接影響畜禽發(fā)酵床墊料養(yǎng)殖成本的高低，進(jìn)而影響發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)的推廣與應(yīng)用。對發(fā)酵床各層次墊料的理化性狀的分析成為了解發(fā)酵床墊料動態(tài)變化的必要手段，而完整采集發(fā)酵床墊料各層次樣品成為了解發(fā)酵床墊料理化性狀的必須前提。

目前發(fā)酵床墊料研究中，對發(fā)酵床墊料各層次樣品的采集主要是通過人工開挖的方式進(jìn)行，其存在以下問題：1)作業(yè)面大。人工開挖采樣時(shí)，由于鋤，鏟等采樣工具的限制，越是想獲得底層墊料樣品，表層墊料開挖面積越大，對墊料各層次結(jié)構(gòu)破壞越大。經(jīng)實(shí)地測量，使用人工開挖的方法，一個(gè)采樣點(diǎn)，采樣面積一般均達(dá)到1.5～2.0m²；2)對墊料層次結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。人工開挖時(shí)，需不斷將下層墊料挖出，堆積覆蓋在取樣口周圍，加之工具振動，墊料脫落與移動，養(yǎng)殖畜禽和采樣人員的活動等因素，無法準(zhǔn)確測量原有墊料厚度，進(jìn)而對后續(xù)樣品采集與各層次理化指標(biāo)分析結(jié)果造成較大影響；3)勞動強(qiáng)度大。傳統(tǒng)人工開挖采集墊料樣品時(shí)，一般單獨(dú)開挖1個(gè)墊料取樣點(diǎn)就需要1-2人，連續(xù)開挖15-20min，工作強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

發(fā)酵床墊料使用過程中，墊料溫度變化是微生物代謝產(chǎn)熱積累的結(jié)果，反映了微生物代謝強(qiáng)度和墊料物質(zhì)轉(zhuǎn)化速率；因此，墊料溫度是評價(jià)發(fā)酵床墊料活動強(qiáng)弱最簡便、快捷的物理指標(biāo)。傳統(tǒng)方法對發(fā)酵床墊料不同層次墊料溫度測定，一般是在墊料取樣完成后，使用探針式測溫儀在取樣位置上進(jìn)行測定或直接使用測溫儀異地測定。使用上述方法存在以下問題：1)試驗(yàn)人員需求量大，效率低下。因樣品采集與溫度測定工作不能同時(shí)進(jìn)行，需單獨(dú)安排人員對墊料不同層次溫度進(jìn)行測定，僅溫度測定一項(xiàng)就需要2人才能進(jìn)行，1人操作測溫儀，1人記錄數(shù)據(jù)，對參加檢測的工作人員需要量大，一個(gè)采樣點(diǎn)各層次溫度測定耗時(shí)達(dá)5-8min，效率較低；2)溫度測定數(shù)據(jù)不科學(xué)，不準(zhǔn)確：異地測定溫度時(shí)，因?yàn)閴|料溫度測定地點(diǎn)不在樣品采集點(diǎn)進(jìn)行，發(fā)酵床墊料因組分變化和空間變異較大，不能如實(shí)反映采集點(diǎn)各層次墊料溫度變化，對墊料溫度監(jiān)測存在不科學(xué)之處；而在樣品采集點(diǎn)進(jìn)行溫度測定，因墊料原有結(jié)構(gòu)層次已經(jīng)被破壞，并與大氣接觸，與周圍環(huán)境存在直接熱交換，加之測溫儀對溫度測定存在一定后延效應(yīng)，導(dǎo)致測定溫度不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地實(shí)際墊料溫度情況。

采用以上方法對發(fā)酵床墊料樣品進(jìn)行采集和溫度測定，一般需要人員4-5名(墊料開挖需要1-2人，樣品收集和裝袋標(biāo)記1人，溫度測定儀操作1人，溫度數(shù)據(jù)記錄1人)。單個(gè)采樣點(diǎn)完成上述工作，一般耗時(shí)在25-30min左右。人員需求大，程序繁瑣，工作強(qiáng)度大，樣品采集與測定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性存在先天性不足，亟需從技術(shù)層面對發(fā)酵床墊料樣品采集與溫度測定進(jìn)行改進(jìn)與提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種發(fā)酵床墊料樣品采集與墊料溫度測定無線傳輸系統(tǒng)，它能夠方便快捷地將發(fā)酵床墊料樣品完整采集以及同步完成墊料溫度原位測定、無線傳輸、和數(shù)據(jù)保存，特別適合墊料組分松散的豬發(fā)酵床墊料。

本實(shí)用新型以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

本實(shí)用新型發(fā)酵床墊料樣品采集與墊料溫度測定無線傳輸系統(tǒng)，它包括中空的連接桿和取樣筒，連接桿的下端固定連接取樣筒，連接桿的上端設(shè)有便于敲擊的砧頭，取樣筒的頂端設(shè)有堵頭，取樣筒的底端固定連接環(huán)形刀頭；連接桿內(nèi)設(shè)有頂桿，頂桿的頂端連接伸出取樣筒外面便于把握的退樣手柄，頂桿的底端穿過堵頭后連接退樣活塞，連接桿設(shè)有供退樣手柄上下移動的環(huán)形退樣槽；取樣筒的外壁安裝有通過傳輸導(dǎo)線連接的無線溫度信號發(fā)射器和溫度探頭，系統(tǒng)配有溫度顯示與儲存終端。

所述取樣筒上設(shè)有環(huán)形觀測槽，環(huán)形觀測槽外壁設(shè)有刻度標(biāo)線。

所述連接桿的上部固定安裝穩(wěn)定桿，穩(wěn)定桿與連接桿相互垂直，穩(wěn)定桿的兩端設(shè)有便于把持的把握手柄。

所述無線溫度信號發(fā)射器通過固定螺栓和固定螺母安裝在固定基座上，固定基座安裝在取樣筒背部上端。

所述溫度探頭安裝在保護(hù)框架上的溫度探頭槽內(nèi)，保護(hù)框架固定在取樣筒外壁背部；溫度探頭均布于取樣筒的上、中、下3個(gè)部位。

所述溫度探頭槽呈向上傾斜排布設(shè)置于保護(hù)框架上。

所述保護(hù)框架的橫截面為V形，其底端封口，呈朝下的箭型。

所述頂桿的末端安裝有用于調(diào)節(jié)及固定退樣活塞位置的調(diào)節(jié)螺母。

所述溫度顯示與儲存終端設(shè)有數(shù)據(jù)顯示屏、電源開關(guān)、內(nèi)置電池及信號接收天線。

本實(shí)用新型系統(tǒng)通過使用溫度探頭在墊料原位直接測定墊料溫度，避免人工開挖墊料取樣方式中存在的，破壞墊料原有層次結(jié)構(gòu)，溫度測量不準(zhǔn)確的不足；縮減了試驗(yàn)人員規(guī)模，簡化工作流程；溫度數(shù)據(jù)使用無線方式傳輸?shù)綔囟蕊@示與儲存終端，降低了有線傳輸方式對測試人員數(shù)量的要求和人員活動范圍的限制，同時(shí)避免了使用有線傳輸方式因養(yǎng)殖場環(huán)境下畜禽活動和連續(xù)鐵錘敲擊工況對傳輸導(dǎo)線造成損壞，擴(kuò)大了試驗(yàn)人員活動范圍，提高了設(shè)備可靠性，溫度數(shù)據(jù)采集的科學(xué)性和準(zhǔn)確度；而且本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用便捷，特別適合墊料組分松散的豬發(fā)酵床墊料。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型發(fā)酵床墊料樣品采集與墊料溫度測定無線傳輸系統(tǒng)的正視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的后視示意圖。

圖3是溫度顯示與儲存終端的正視示意圖。

圖4是溫度顯示與儲存終端的后視示意圖。

圖5是用于墊料溫度測定無線傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)正面爆炸圖。

圖6是圖5的反面爆炸圖。

圖7是用于退樣的結(jié)構(gòu)爆炸視圖。

圖8是用于墊料樣品采集的結(jié)構(gòu)正向剖視圖。

圖9是圖8A部中的取樣筒和環(huán)形刀頭的放大示意圖。

圖10是連接桿與取樣筒連接的側(cè)向剖視圖。

圖中：1-砧頭，2-穩(wěn)定桿，3-把握手柄，4-退樣手柄，5-連接桿，6-取樣筒，7-環(huán)形觀測槽，8-刻度標(biāo)線，9-環(huán)形刀頭，10-固定基座，11-無線溫度信號發(fā)射器，12-傳輸導(dǎo)線，13-溫度探頭，14-溫度探頭槽，15-保護(hù)框架，16-溫度顯示與儲存終端，17-電源開關(guān)，18-信號接收天線，19-內(nèi)置電池，20-頂桿，21-退樣活塞，22-調(diào)節(jié)螺母，23-取樣筒內(nèi)腔，24-堵頭，25-固定螺栓，26-固定螺母，27-環(huán)形退樣槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型裝置作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本實(shí)用新型發(fā)酵床墊料樣品采集與墊料溫度測定無線傳輸系統(tǒng)，包括用于墊料樣品采集的結(jié)構(gòu)和用于墊料溫度測定無線傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。

如圖1、圖7、圖8、圖9和圖10所示，所述用于墊料樣品采集的結(jié)構(gòu)包括中空的連接桿5和取樣筒6，連接桿5的下端通過焊接方式固定連接取樣筒6，連接桿5的上端設(shè)有便于敲擊的砧頭1，取樣筒6的內(nèi)腔頂部設(shè)有堵頭24，取樣筒6的底端通過焊接方式固定連接環(huán)形刀頭9；連接桿5的空腔中安裝有頂桿20，頂桿20的頂端通過螺紋連接退樣手柄4，退樣手柄4與頂桿20相互垂直并伸出取樣筒6的外面，以便于操作者把握，連接桿5的兩側(cè)設(shè)有供退樣手柄4上下移動的環(huán)形退樣槽27；頂桿20的底端穿過堵頭24的中心通孔后，通過螺紋連接方式連接退樣活塞21和調(diào)節(jié)螺母22，調(diào)節(jié)螺母22位于頂桿20的末端，用于調(diào)節(jié)及固定退樣活塞21的位置，以適應(yīng)不同高度的墊料采集；取樣筒6上設(shè)有便于觀察筒內(nèi)情況，且與周圍大氣相連的環(huán)形觀測槽7，環(huán)形觀察槽7右側(cè)外壁設(shè)有刻度標(biāo)線8；穩(wěn)定桿2垂直穿過連接桿5上部預(yù)設(shè)圓孔，并以焊接方式加以固定。穩(wěn)定桿2的兩端設(shè)有便于把持的把握手柄3。

外力不斷敲擊砧頭1，使底部環(huán)形刀頭9產(chǎn)生向下的剪切力，切割墊料并獲取樣品，獲取墊料樣品進(jìn)入取樣筒內(nèi)腔23中。

穩(wěn)定桿2穿過連接桿5上部預(yù)設(shè)圓孔，并焊接固定于連接桿5上，在取樣時(shí)起穩(wěn)定系統(tǒng)的作用，在抽取取樣筒時(shí)，起支撐作用；穩(wěn)定桿2兩端加裝把握手柄3，便于使用者握持。

取樣筒設(shè)有環(huán)形觀測槽21，與周圍大氣相連，便于取樣時(shí)觀察樣品狀態(tài)，同時(shí)，避免退樣活塞系統(tǒng)內(nèi)部形成負(fù)壓，阻礙退樣。環(huán)形觀測槽7右側(cè)管壁設(shè)有刻度標(biāo)線8，便于測定墊料深度和準(zhǔn)確判斷取樣位置。

取樣時(shí)，當(dāng)墊料樣品上升至退樣活塞處21時(shí)，并不斷頂托退樣活塞，并推動退樣活塞21向上移動。當(dāng)退樣手柄4達(dá)到極限工位時(shí)，中止敲擊砧頭1，停止取樣。因?yàn)槿油矁?nèi)腔23與周圍大氣有環(huán)形觀測槽7相連，因此取樣筒內(nèi)腔23內(nèi)不會產(chǎn)生正壓力，使退樣時(shí)阻力減小，適合人工操作。

通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺母22，可以調(diào)節(jié)退樣活塞21在頂桿20中的位置；通過聯(lián)動調(diào)節(jié)退樣手柄4與退樣活塞21兩者之間的距離，可以針對不同墊料深度變化，靈活調(diào)節(jié)退樣距離，便于對不同墊料深度樣品進(jìn)行靈活退樣。

如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，所述用于墊料溫度測定無線傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)包括無線溫度信號發(fā)射器11和三個(gè)溫度探頭13，并配置有溫度顯示與儲存終端16。溫度探頭13安裝在保護(hù)框架15上的溫度探頭槽14內(nèi)，保護(hù)框架15為金屬材質(zhì)，并通過焊接方式固定在取樣筒6外壁背部，保護(hù)框架15的橫截剖面呈V型結(jié)構(gòu)，其底端封口且呈箭型，以減少取樣時(shí)與墊料的摩擦和阻力。三個(gè)溫度探頭13均布于取樣筒6外壁背部的上、中、下3個(gè)部位，并通過傳輸導(dǎo)線12以串聯(lián)方式連接無線溫度信號發(fā)射器11；無線溫度信號發(fā)射器11通過固定螺栓25和固定螺母26安裝在固定基座10上，固定基座10通過焊接方式固定在取樣筒6背部上端。

為了減少向下取樣時(shí)墊料摩擦對溫度探頭13的損害，溫度探頭槽14呈向上傾斜排布方式設(shè)置于保護(hù)框架14上。

所述溫度顯示與儲存終端16設(shè)有電源開關(guān)17和內(nèi)置電池19，并在其頂部設(shè)有信號接收天線17，溫度顯示與儲存終端16可采用現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、顯示和保存功能。

3個(gè)溫度探頭13測定發(fā)酵床墊料上、中、下部3個(gè)位置墊料溫度，并將測定的墊料溫度數(shù)據(jù)以無線傳輸方式傳送到溫度顯示與儲存終端16上顯示并保存。

保護(hù)框架15焊接在取樣筒外壁背部上，以固定和保護(hù)溫度探頭12和傳輸導(dǎo)線11，保護(hù)框架15左側(cè)預(yù)設(shè)矩形開口，便于安裝溫度探頭12和連接傳輸導(dǎo)線12。保護(hù)框架15與無線溫度信號發(fā)射器11之間留有空隙，便于安裝傳輸導(dǎo)線12和清除掉落在保護(hù)框架15內(nèi)的墊料。

溫度顯示與儲存終端16的正面上方為溫度數(shù)據(jù)顯示屏，下方為溫度數(shù)據(jù)顯示、翻屏、保存等4個(gè)按鈕。其中電源開關(guān)17位于溫度顯示與儲存終端16右側(cè)，溫度顯示與儲存終端16左側(cè)上部安裝有信號接收天線18，其背部下方設(shè)置內(nèi)置電池19，為溫度顯示與儲存終端19提供電源。

支撐基座10為中空結(jié)構(gòu)，以焊接形式固定在取樣筒6上，這樣既減輕重量，也便于使用固定螺栓25、固定螺母26固定無線溫度信號發(fā)射器11，防止其在使用過程中脫落。

本實(shí)用新型系統(tǒng)的使用工作流程為：

取樣時(shí)將底部環(huán)形刀頭9垂直對準(zhǔn)需要采樣的發(fā)酵床墊料，握緊套牢在穩(wěn)定桿2上的握把手柄3。使用敲擊錘等鈍器連續(xù)敲擊砧頭1，通過連續(xù)敲擊力使環(huán)形刀頭9產(chǎn)生向下移動的剪切力，切割并分離墊料，使需要采集的墊料樣品進(jìn)入采樣筒7內(nèi)。當(dāng)環(huán)形刀穿透墊料層，同時(shí)退樣手柄4接近或達(dá)到上限工位時(shí)，表明取樣筒7內(nèi)已經(jīng)獲得完成墊料樣品，停止敲擊砧頭1。

完成樣品采集后，等待1-2min，讓固定在取樣筒外壁上、中、下3個(gè)位置的3個(gè)溫度探頭13充分接觸所在位置的墊料，并將所接受的溫度數(shù)據(jù)通過傳輸導(dǎo)線12，傳送到無線溫度發(fā)射器11，通過其將溫度數(shù)據(jù)以無線數(shù)字信號形式傳播。溫度數(shù)據(jù)采集人員手持溫度顯示與儲存終端16，打開其電源開關(guān)17，接受無線溫度信號發(fā)射器11傳輸?shù)母鼽c(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，并同步顯示數(shù)據(jù)并保存相關(guān)數(shù)據(jù)，完成溫度數(shù)據(jù)顯示與存儲。

溫度數(shù)據(jù)采集完畢后，按從左往右方向旋轉(zhuǎn)握把手柄3，待取樣筒與周圍墊料產(chǎn)生松動后，將整個(gè)系統(tǒng)從墊料中垂直取出。單個(gè)取樣孔只形成直徑60mm，面積28.3cm²左右的取樣孔，對周圍墊料層幾乎不產(chǎn)生影響，避免了傳統(tǒng)人工開挖墊料取樣時(shí)存在的：開挖面積大，對周圍墊料影響大，并無法保證采樣樣品層次結(jié)構(gòu)完整性的缺陷。取樣裝置取出后，橫臥取樣裝置，并墊高連接桿5，避免保護(hù)無線溫度發(fā)射器11直接接觸地面而造成損壞。握牢握把手柄3，向環(huán)形刀口9方向推動退樣手柄4，推動退樣活塞21向環(huán)形刀口方向產(chǎn)生一定距離位移，使取樣筒內(nèi)腔23內(nèi)的采集墊料樣品與取樣器6內(nèi)壁分離，便于將取樣筒內(nèi)墊料樣品整體取出。

本實(shí)用新型系統(tǒng)最大限度保證了采集樣品的層次完整性，有利于后期墊料各層次樣品的準(zhǔn)確采集和后期理化分析，極大提高墊料樣品分析的準(zhǔn)確性；同步對墊料上、中、下3個(gè)層次溫度的原位實(shí)時(shí)測定和數(shù)據(jù)無線傳輸與保存，既精簡參試人員，簡化操作流程，也縮短采集時(shí)間。實(shí)際使用比較發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)工作人員由過去4-5人減為2-3人，樣品采集與溫度數(shù)據(jù)采集2項(xiàng)工作整合為1項(xiàng)，單個(gè)采樣點(diǎn)樣品采集時(shí)間縮短15-20min，工作效率和勞動強(qiáng)度較傳統(tǒng)樣品采集和溫度測定方法有較大提高。