基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统，该装置包括：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。本发明专利技术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。

Deep buried soil sampling device and system based on ultrasonic wave

The embodiment of the invention provides a deep soil sampling device and embedded system based on ultrasonic, the device comprises a handle; the ultrasonic transducer has a main body and a vibration relative to the body vibration of the rod end; the rod with the top and bottom, the top is connected to the handle. The bottom end of the main body is connected to the ultrasonic transducer; ring knife bit, the vibrating end is connected to the ultrasonic transducer; and for the driving power of the ultrasonic transducer power supply. The invention is based on deep soil sampling device of ultrasonic vibration cutting ring by the drill bit and the ultrasonic transducer is connected with the ultrasonic ultrasonic transducer drive into the ring knife bit by ultrasonic vibration, high efficiency drilling can realize the cutting ring drill, and the ultrasonic transducer itself is only a small part of the power consumption, high rate the use of energy.

【技术实现步骤摘要】
基于超声波的大埋深土壤取样装置及系统
本专利技术涉及土壤学实验研究设备
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，根据本专利技术的一个方面，本专利技术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。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术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，本专利技术包括以下优点：本专利技术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是根据本专利技术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专利技术的上述目的、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专利技术作进一步详细的说明。参照图1A，示出了本专利技术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。超声波换能器2的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率，能量利用率高。超声波换能器2具有主体21和能够相对主体振动的振动端22。该振动端22连接至环刀钻头1，从而使得当振动端22超声波振动时，可以带动与之连接的环刀钻头1做超声波振动，钻进速度快。环刀钻头1与振动端22的连接可以通过多种方式实现，例如，直接连接，或者通过中间结构连接等。杆件3具有顶端31和底端32，其顶端31连接至手柄4，底端32连接至超声波换能器2的主体21。其中，杆件3的底端32与超声波换能器2的主题21之间的连接可以通过多种方式实现，例如直接连接，或者通过中间结构连接等。驱动电源5用于为超声波换能器2供电，其可以任何电源，例如蓄电池或机动车等。本专利技术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。在一个优选实施例中，杆件由彼此可拆卸地连接的至少一个连接杆构成。每个连接杆的长度可以根据需要选择，例如，1m，0.5m等。此外，所述至少一个连接杆彼此之间可以采用销槽配合实现连接。在一个优选实施例中，如图1A、图1B所示，该基于超声波的大埋深土壤取样装置还包括：套设在超声波换能器2的主体21外部的超声波换能器仓8，其中，超声波换能器2的主体21与该超声波换能器仓8固定连接，固定连接方式可以是任意连接方式，例如主体21的顶壁和/或侧壁固定在超声波换能器仓8的内壁。其中，该超声波换能器2的主体21可以通过超声波换能器仓8实现与杆件3的底端32连接。也即，这是杆件3的底端32与超声波换能器2的主体21之间的一种通过中间结构来实现连接的连接方式。通过在杆件3的底端连32接超声波换能器仓8并且将超声波换能器2的主体21固定在超声波换能器仓8内，为超声波换能器2提供了专门的固定装置，便于其固定更加稳定。此外，避免了超声波换能器2与上述杆件3之间的直接连接，这样便于超声波换能器2的更换。另外，在一个优选实施例中，如图1A、图1B所示，该基于超声波的大埋深土壤取样装置还可以包括：与超声波换能器2的振动端22连接的钻头套管9，钻头套管9为一端开口、一端封闭的圆筒，环刀钻头1固定在该圆筒内。环刀钻头1与该圆筒可以是通过过盈配合进行固定，也可以通过诸如螺栓连接等其他方式固定。通过将环刀钻头1设置在圆筒内，使得环刀钻头更加稳定，此外，也便于环刀钻头的更换和拆卸。此外，在一个可选地实施例中，在将环刀钻头1固定在该钻头套管9内时，环刀钻头1的上开口截面与钻头套管9的顶侧封闭截面之间可以直接接触，或间隔一定距离D(例如如图1A、图1B所示)。而环刀钻头1的侧壁可以与钻头套管9的内壁直接连接或者通过螺栓等连接。其中，当环刀钻头1的上开口截面与钻头套管9的顶侧封闭截面之间间隔一定距离D时，可以在取土时，获取相较于环刀容积更多容量的土，其中，有一部分土可以容纳在该间隔距离D所在的空间中，使得一次取土量更大。优选地，在一个实施例中，所述圆筒(钻头套管9)的内侧顶壁设有压力传感器10。通过设置压力传感器10，当圆筒中的环刀钻头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声波的大埋深土壤取样装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的大埋深土壤取样装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的基于超声波的大埋深土壤取样装置，其特征在于，所述装置还包括：套设在所述超声波换能器的所述主体外部的超声波换能器仓，所述超声波换能器的所述主体通过所述超声波换能器仓实现与所述杆件的所述底端连接。3.根据权利要求1所述的基于超声波的大埋深土壤取样装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述超声波换能器的所述振动端连接的钻头套管，所述钻头套管为一端封闭的圆筒，所述环刀钻头固定在所述圆筒内。4.根据权利要求3所述的基于超声波的大埋深土壤取样装置，其特征在于，所述圆筒的内侧顶壁设有压力传感器。5.根据权利要求4所述的基于超...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾仰文，龚家国，王浩，刘家宏，丁相毅，李晓春，王英，石彬，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11