一種便攜式土壤檢測裝置的設計

李海龍

摘要：農田土壤樣本采集工作中存在勞動強度大、所攜帶設備多、操作不易達到要求、難以保證測試準確性等問題。設計一種便攜式土壤檢測裝置，闡述該裝置的整體結構、工作過程及使用效果。該裝置能夠保證土壤檢測儀器垂直入土，降低測試人員勞動強度，同時保證測試環境的理想性，提高測試結果準確度。

關鍵詞：土壤檢測裝置;結構;工作過程;使用效果;設計

中圖分類號：S237 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2021）02-0023-02

1 便攜式土壤檢測裝置的設計背景

農田土壤樣本采集是農業科技人員的一項經常性工作，其目的是準確掌握農田土壤的緊實度、入滲率、溫濕度、電導率等相關數據參數，從而進一步了解土壤屬性和改良農田土壤環境。

由于需要采集的土壤屬性類別較多，因此單次采集所攜帶的測試設備種類繁多。采集農田土壤緊實度、溫濕度、不同深度土壤容重等數據時，所需測試設備包括緊實度儀、土壤溫濕度測試儀、環刀、土鉆等，所需工具包括鐵鍬、錘子等。測試開始前，工作人員要在被測地塊至少選取5個位置作為待測點。測試時，首先要在被測地塊使用鐵鍬等工具對土壤進行挖掘（一般挖坑尺寸為長300 mm、寬300 mm、深400 mm），然后使用不同的測試設備進行數據采集。整個過程中，每個測試點都要重復進行同樣的工作，勞動強度大;由于采集的數據不同，工作人員需要更換不同的測試設備，操作復雜、繁瑣;轉換測試地點時，諸多測試設備攜帶不方便。

以測試土壤緊實度為例，要求工作人員用力均勻地將測試設備垂直插入被測地塊土壤中進行數據采集，但是在實際操作中很難達到試驗要求。因為不同深度土層的硬度不同，難以做到用力均勻，且被測地塊地表一般無明顯參照物，不易確保測量設備垂直入土。因此，為降低工作人員的勞動強度，解決測試時所需設備較多、轉場不便、測試流程繁瑣等問題，避免因工作人員操作不規范而影響數據的準確性，設計一種便攜式土壤檢測裝置。裝置結構簡單，容易組裝和拆解，方便測試人員攜帶和使用。

2 便攜式土壤檢測裝置總體設計

2.1 整體結構

便攜式土壤檢測裝置主要包括主體支撐結構和土壤檢測儀器兩部分，其整體結構如圖1所示。

主體支撐結構用于支撐和保持土壤檢測儀器在垂直方向穩定工作，其由外環、內環、支撐架和限位護套組成。內環設置于外環內，二者同心。內環和外環頂部設有支撐架，支撐架頂部中心位置設有與內環同心的限位護套。外環上設有入滲率傳感器，內環和外環的端面均與土壤接觸。沿外環圓周設有間隔均勻的定位套和定位釬，通過定位釬穿過定位套插入土壤內，可將整個裝置固定于地面上。限位護套為套筒結構，可對土壤檢測儀器在垂直方向限位，確保采集數據準確。

土壤檢測儀器包括土壤緊實度儀和地鉆，還可配管式土壤檢測儀。土壤緊實度儀為外購件，用于測量土壤緊實度。土壤緊實度儀上連接有帶齒條的連接桿，限位護套上連接緊實度儀調節扳手，調節扳手一端安裝有與齒條配合的齒輪，通過轉動緊實度儀調節扳手的把手端，帶動齒輪齒條配合傳動，控制穿過限位護套的土壤緊實度儀沿限位護套上下運動作業。地鉆用于對被測地塊土壤進行垂直挖掘，挖掘深度為600 mm。地鉆一端為鉆頭，另一端預留有電機安裝位，靠近電機安裝位置設有手動旋轉把手，可實現手動挖掘和電動挖掘兩種作業模式。

2.2 工作過程

1） 使用時，先將主體支撐結構放置于被測地表，將4根定位釬與外環上的定位套相連接，將定位釬完全釘入土壤中。通過觀察定位釬頂端配置的水平尺，確保主體支撐結構與地面垂直。

2） 將緊實度儀穿入限位護套，確保緊實度儀與被測地表垂直。搖動緊實度儀調節扳手，使緊實度儀勻速垂直向下運動，從而測得不同深度下土壤的緊實度數據。

3） 緊實度數據采集完成后，將土壤緊實度儀取出，將地鉆穿入限位護套，確保地鉆垂直地表向下進行挖掘工作。手動模式下，工作人員旋轉轉動頂部把手使地鉆工作;電動模式下，將電機與地鉆頂部進行連接，由電機驅動地鉆工作。通過地鉆上方連接桿上配置的刻度儀實時觀察地鉆下探深度。地鉆開孔直徑為60 mm，可以避免土壤大面積擾動。

4） 地鉆開孔結束后，將地鉆與主體支撐結構分離，取出限位護套，將管式土壤檢測儀穿過限位護套，置于地鉆挖掘出的穴中，可一次性測得不同深度下土壤的溫度、濕度、電導率、氮磷鉀、鹽分等參數。

5） 測得上述土壤參數后，在外環與內環之間的間隔中加注清水，通過設置在外環上的入滲率傳感器測量土壤的入滲率。

3 便攜式土壤檢測裝置使用效果

1） 便攜式土壤檢測裝置結構簡單，便于工作人員攜帶。主體支撐結構及其上的限位結構起到支撐和在垂直于土壤表面方向限制土壤檢測儀器運行的作用，能夠保證土壤檢測儀器垂直入土、降低操作難度，同時保證測試環境理想和提高測試準確度。

2） 設置定位結構，通過定位釬穿過定位套插入土壤內，將主體支撐結構固定于地面上，確保主體支撐結構與地面垂直。

3） 限位護套上連接緊實度儀調節扳手，在限位的同時控制土壤緊實度儀勻速垂直向下運動，從而測得不同深度下土壤的緊實度參數。

4） 配備地鉆進行土壤挖掘，可以實現手動和電動兩種作業模式，無需工作人員使用鐵鍬等工具進行挖掘，減輕勞動強度。

5） 配合管式土壤檢測設備對土壤進行檢測，可一次性測得不同深度下土壤的溫度、濕度、電導率、氮磷鉀、鹽分等土壤參數。外環上還設有入滲率傳感器，在外環與內環間隙部分注水，利用入滲率傳感器可以測得土壤的入滲率。

參考文獻

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Design of A Portable Soil Detection Device

LI Hailong

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： There are many problems in farmland soil sample collection， such as high labor intensity， many equipment， difficult operation to meet the requirements， difficult to ensure the accuracy of the test and so on. A portable soil detection device is designed， and its overall structure， working process and application effect are described. The device can ensure that the soil detection instrument vertically into the soil， reduce the labor intensity of the testing personnel， ensure the ideal of the test environment， and improve the accuracy of the test results.

Key words： soil detection device; structure; working process; use effect; design