中药提取装置、中药提取控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及中药提取技术领域，尤其涉及一种中药提取装置、中药提取控制系统及其方法。

背景技术

我国作为世界中药资源最丰富的国家，国际市场中约70％的天然药用植物来源于中国。近年来，中医药在治疗国际国内各类疫病中杰出的临床表现，使得全球市场对中药产品的需求持续增长，中药材产业已成为我国最具特色的传统优势产业之一，也是最具有市场潜力的朝阳产业。

中药产品的制造涉及中药材产地加工、有效成分提取、饮片炮制、浸膏和制剂干燥等多个步骤，其中提取作为中药由原料药制成中成药的关键环节，提取技术直接影响着药品质量、药材资源利用率、生产效率及经济效益。

近年来，随着应用需求的发展和自动控制技术的提高，中药生产技术越来越受到各级药监部门和企业的重视，投入大量的人力、物力和财力进行技术改造。中药提取环节是将药材中的有效成分通过蒸煮的方式从药材中提取出来。

现有技术公开号为：CN204009550U的《多配方中药提取自动控制系统》，具体公开了根据提取药材的不同，系统会自动配置相应的提取配方参数。虽然该过程能够有针对性的进行中药提取，适应药品的多样性和复杂性。但是，在中药煮提过程中，溶媒的沸腾程度对药材提取效果有非常大的影响，而现有技术中均通过温度进行监测和控制，无法保持溶媒处于微沸状态，仍然需要人工依靠经验判断溶媒的沸腾状态，导致判断不够精准，中药提取效果差。

发明内容

本发明提供一种中药提取装置、中药提取控制系统及其方法，用以解决现有技术中无法保持溶媒处于微沸状态，仍然需要人工依靠经验判断溶媒的沸腾状态，导致判断不够精准，中药提取效果差的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供一种中药提取装置，包括提取罐以及与所述提取罐相连的压缩机；

所述压缩机通过第一调节阀连接于所述提取罐的顶部，用于调节所述提取罐内的真空度，以及用于回收所述提取罐内的溶媒蒸汽；所述压缩机分别通过若干个蒸汽调节阀与所述提取罐的侧壁夹层相连，用于为所述提取罐内的中药提取提供热源。

根据本发明提供的中药提取装置，还包括分别与所述提取罐相连的温度传感器、压力传感器和流量传感器，以及位于所述提取罐内的视觉传感器；

其中，所述视觉传感器用于收集所述提取罐内溶媒沸腾时的视觉信息。

根据本发明提供的中药提取装置，所述蒸汽调节阀与所述温度传感器对应设置，分别形成三组支路，位于所述提取罐的上、中、下三个位置。

根据本发明提供的中药提取装置，还包括第一管路，所述第一管路用于供溶媒流过并进入所述提取罐，所述流量传感器设于所述第一管路，且在所述提取罐与所述流量传感器之间设有第一气动蝶阀。

根据本发明提供的中药提取装置，还包括第二管路，所述第二管路用于供冷凝液流过并进入所述提取罐，用于补充所述提取罐内的溶媒，所述第二管路上设有第二气动蝶阀。

为了实现上述目的，本发明的第二方面，提供一种中药提取控制系统，包括：

中央处理器，用于进行信息接收、处理及运行；

人机交互系统，用于进行人机交互、设定饮片类型和相关参数；

数据采集系统，用于采集流量、压力和温度以及中药提取过程中的含气率并将采集的含气率传输给所述中央处理器；

执行系统，用于根据所述中央处理器给出的指令动作；

电源系统，用于为所述中央处理器和各系统供电；

所述中央处理器分别与所述人机交互系统、数据采集系统、执行系统和电源系统电性连接。

根据本发明提供的中药提取控制系统，所述数据采集系统包括分别与所述中央处理器电性连接的温度传感器、压力传感器、流量传感器和视觉系统。

根据本发明提供的中药提取控制系统，所述视觉系统包括视觉传感器，所述视觉传感器与所述中央处理器电性连接，用于将采集到的视觉信息经过滤波处理和信号转换之后传输至所述中央处理器。

根据本发明提供的中药提取控制系统，所述视觉传感器配置成使得滤波处理和信号转换时依次通过低通滤波器、采样/保持电路、通道转换开关、A/D转换电路、FIFO和双向电平转换。

为了实现上述目的，本发明的第三方面，提供一种根据上述中药提取控制系统进行中药提取的方法，包括如下步骤：

步骤S1：在人机交互系统中设定饮片类型，并开启控制系统；

步骤S2：控制系统判断输入的饮片类型，并读取饮片类型对应的溶媒添加参数；

步骤S3：根据步骤S2中的溶媒添加参数加入溶媒，待溶媒量达到设定体积时，关闭第一气动蝶阀并停止添加，同时打开各蒸汽调节阀对溶媒加热；

步骤S4：通过各温度传感器监测提取罐内各温度场的温度，并调节对应的蒸汽调节阀开度，确保提取罐体上、中、下三个阶段的溶媒均达到预定温度；

步骤S5：利用视觉系统判断溶媒的沸腾状态，并通过调节压缩机运转频率，以使溶媒维持在微沸状态。

首先，本发明提供的中药提取装置，通过压缩机实现溶媒蒸汽循环，回收溶媒蒸汽的冷凝潜热为提取罐提供热源，有效降低设备能耗，同时省略了真空泵、冷凝器等部件，减少了系统配置，缩小了系统体积；并通过调整压缩机的运行频率，维持提取罐内的溶媒处于微沸状态，防止溶媒过沸腾或欠沸腾，确保有效成分尽可能多的浸出，实现良好的中药提取效果。

其次，本发明提供的中药提取控制系统，各个系统配合协同工作，能够实现提取罐内含气率的自动监测，以及精准控制提取罐内溶媒的添加量和溶媒的微沸状态，自动化程度高，中药提取效果好。

最后，本发明提供的中药提取控制方法由于具备如上所述的中药提取控制系统，因此同样具备如上所述的优势；且通过视觉系统监测提取罐内的含气率，判断溶媒的沸腾状态，从而调节蒸汽调节阀的开度，以使溶媒维持在微沸状态下，实现良好的中药提取效果；同时三个并联设置的蒸汽调节阀分别控制提取罐内不同温度场的温度，确保提取罐内溶媒加热均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的中药提取装置的结构示意图；

图2是本发明提供的中药提取控制系统的示意图；

图3是本发明提供的中药提取方法的流程示意图；

图4是本发明提供的中药提取方法中微沸状态监测的流程图；

附图标记：

1：提取罐； 2：压缩机； 3：第一管路；

4：第二管路； SV104：第一调节阀； SV100：第二调节阀；

SV101-SV103：蒸汽调节阀； V100：第一气动蝶阀； V101：第二气动蝶阀；

TT101-TT103：温度传感器； PT100：压力传感器； FT100：流量计；

C：摄像机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图4，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下描述仅是本发明的示意性实施方式，并未对本发明构成任何限定。

请详细参阅图1，作为本发明的一种实施方式，本发明提供一种中药提取装置，包括提取罐1以及与提取罐1相连的压缩机2；

压缩机2通过第一调节阀SV104连接于提取罐1的顶部，用于调节提取罐1内的真空度，以及用于回收提取罐1内的溶媒蒸汽。

并且，压缩机2分别通过若干个蒸汽调节阀SV101-SV103与提取罐1的侧壁夹层相连，用于为提取罐1内的中药提取提供热源。

可以理解为，本发明中压缩机2的作用不仅可以抽取提取罐1内的真空，将提取罐1内的压力降到中药提煮过程所需要的真空压力，实现在特定真空度下的中药提取，适应不同药材的提取，便于后期采集起泡信息的准确性。

而且可以回收提取罐1内的溶媒蒸汽余热，使溶媒蒸汽通过管路进入压缩机2，经压缩后变成高温高压蒸汽，通过管路再返回提取罐 1的夹层中，作为提取罐1的热源，为提取罐1中的中药提取进行加热；该过程通过压缩机2实现溶媒循环，回收溶媒蒸汽的冷凝潜热为提取罐1提供热源，有效降低设备能耗，同时省略了真空泵、冷凝器等部件，减少了系统配置，缩小了系统体积。

需要说明的是，在中药提取过程中，首先通过调节压缩机的运转频率，进而调节提取罐内溶媒沸腾时的含气率，以使提取罐内的溶媒保持在微沸状态下，实现中药的煎煮提取，达到良好的提取效果。

其次，通过调节第一调节阀的开度，控制提取罐内的压力，以实现中药在特定压力条件下进行煎煮提取。

再者，通过调节并联设置的各蒸汽调节阀的开度，以实现提取罐内不同温度场的温度控制，从而确保提取罐内溶媒加热的温度均匀。

本实施例中，还包括分别与提取罐1相连的温度传感器 TT101-TT103、压力传感器PT100和流量传感器FT100，以及位于提取罐1内的视觉传感器C。

其中，视觉传感器用于收集提取罐1内溶媒沸腾时的视觉信息，温度传感器用于测量提取罐1内的温度；压力传感器用于测量提取罐 1内的压力，流量传感器用于测量流入提取罐1内的溶媒流量。

具体的，如果压力传感器监测到提取罐1内压力升高，增加第一调节阀SV104开度，反之降低第一调节阀SV104开度。

具体的，视觉传感器C的具体参数为：传感器：1/3"CMOS成像仪，全局快门；镜头焦距：6.2mm；图像像素：1280×960；照明：弥散性白色LED环形灯；采集速度：10fps；相对处理速度：2x；数据输出：数值。

其中，温度传感器(温度范围：0—200℃；精度：1级；信号输出：4-20mA)。

压力传感器(压力范围：0—400Kpa，绝压；精度：0.5级；信号输出：4-20mA)。

流量传感器为流量计(流速范围：0—5m

本实施例中，蒸汽调节阀SV101-SV103与温度传感器 TT101-TT103对应设置，分别并联形成三组支路，位于提取罐1的上、中、下三个位置，用于为提取罐1各个阶段的夹层补充蒸汽，确保提取罐1内温度场均匀，实现温度均匀控制。

因此，在中药提取过程中，通过位于提取罐1的上、中、下三个位置的温度传感器来分别监测提取罐1内上、中、下三段的温度，并通过与温度传感器对应设置在提取罐1的上、中、下三个位置的蒸汽调节阀分别控制提取罐1内上、中、下三段的温度。

具体的，如果提取罐1的某一段位的温度高了，将对应位置的蒸汽调节阀关小，反之增加。将蒸汽调节阀SV101-SV103与温度传感器TT101-TT103连锁设置，依据各个段位的温度控制各个段位的蒸汽进入量，确保提取罐1体内各个温度场均匀，从而有效提高中药提取效率。

在本实施例中，还包括第一管路3，第一管路3用于供溶媒流过并进入提取罐1，流量传感器FT100设于第一管路3，且在提取罐1 与流量传感器FT100之间设有第一气动蝶阀V100，以实现启用第一管路3。

其中，第一管路3从外部连接提供溶媒的装置为提取罐1提供溶媒，溶媒的选择根据需要提取的中药来决定，可以为水或者酒精等，第一管路3伸入提取罐1的内部。

在本实施例中，还包括第二管路4，第二管路4用于供冷凝液流过并进入提取罐1，用于补充提取罐1内的溶媒量，第二管路4上设有第二气动蝶阀V101，以实现启用第二管路4。

其中，第二管路4一端连接在提取罐1的夹层中，另一端伸入提取罐1的内部。

在本实施例中，压缩机2与提取罐1相连的主路上设有第二调节阀SV100。其中，第一调节阀SV104和第二调节阀SV100均为蒸汽调节阀。

在本实施例中，提取罐1包括外筒体和内筒体两层结构，内筒体套装在外筒体内，在内筒体和外筒体之间形成用于通入蒸汽的夹层，为溶媒加热提供热源，在提取罐1的内筒体中进行中药的提取过程。

具体的，提取罐1的内筒体尺寸为550x4mm，用于盛放中药材与溶媒，提取罐1的外筒体尺寸为750x2mm；内筒体内设有搅拌器，搅拌电机的功率为0.37kw，转速为50r/min，提取罐1材质优选为 S30408。

具体的，压缩机2优选为单螺杆压缩机，其材质为S30408，工作频率10-50Hz，可以依据提取罐1内真空度的需求，实现压缩机2 的变频操作；压缩机2额定流量3m

在本实施例中，压缩机2的运转频率与视频传感器相关联，视频传感器监测提取罐1内的含气率是否达到预设值。当视频传感器监测到提取罐1内的含气率小于预设值时，压缩机2提高运转频率；当视频传感器监测到提取罐1内的含气率大于预设值时，压缩机2降低运转频率，以此来监测并维持提取罐1内溶媒的微沸状态，防止溶媒过沸腾或欠沸腾，确保有效成分尽可能多的浸出，同时防止无效成分析出，保证药分的纯度，实现良好的中药提取效果。

请详细参阅图2，作为本发明的一种实施方式，本发明提供一种中药提取控制系统，包括：

中央处理器，用于进行信息接收、处理及运行；

人机交互系统，用于进行人机交互、设定饮片类型和相关参数；

数据采集系统，用于采集流量、压力和温度以及中药提取过程中的含气率并将采集的含气率传输给中央处理器；

执行系统，用于根据中央处理器给出的指令动作；

电源系统，用于为中央处理器和各系统供电；

中央处理器分别与人机交互系统、数据采集系统、执行系统和电源系统电性连接。

在本实施例中，数据采集系统包括分别与中央处理器电性连接的温度传感器、压力传感器、流量传感器和视觉系统。

具体的，视觉系统包括视觉传感器C，视觉传感器C与中央处理器电性连接，用于将采集到的视觉信息经过滤波处理和信号转换之后传输至中央处理器。

更为具体的，视觉传感器C配置成使得滤波处理和信号转换时依次通过低通滤波器、采样/保持电路、通道转换开关、A/D转换电路、 FIFO和双向电平转换。

另外，人机交互系统包括人机交互设备与人机接口之间的信息传输中,人机交互设备与人机接口之间采用并行通信方式，人机接口包括键盘、显示器、打印机、鼠标器等。人机交互系统能够实时反应煮提状态，并且将设置参数传递给中央处理器。

通过上述中药提取控制系统，能够实现提取罐1内含气率的自动监测并精准控制提取罐1内溶媒的微沸状态，自动化程度高，中药提取效果好。

请详细参阅图3和图4，作为本发明的一种实施方式，本发明通过中药提取控制系统进行中药提取的方法，包括如下步骤：

步骤S1：向提取罐1中加入饮片，在人机交互系统中设定饮片类型，并开启提取控制系统；

步骤S2：控制系统判断输入的饮片类型，读取饮片类型，并确定相应的溶媒添加参数，即确定溶媒类型、溶媒量、煮提时间等，并判断是否开始煮提；

步骤S3：待煮提开关开启后，打开第一气动蝶阀V100，向提取罐1中加入溶媒，通过流量计FT100判断溶媒添加量，当溶媒添加量达到设定值时或设定体积时，关闭第一气动蝶阀V100；完全开启各个蒸汽调节阀SV100-SV103，向提取罐1的夹层中通入蒸汽，以加热溶媒；

步骤S4：通过提取罐1上各个段位的温度传感器TT101-TT103 判断提取罐1中溶媒各个阶段的温度，以此为依据调整蒸汽调节阀 SV101-SV103的开度，确保提取罐体上、中、下三个阶段的溶媒均达到预定温度，溶媒的温度达到预定温度时，开始计时；

步骤S5：在计时期间，利用视觉系统按照图4所示的流程图判断提取罐1中溶媒的沸腾状态，并通过调节压缩机的运转频率，控制提取罐1内的溶媒维持沸腾且不暴沸的状态，也即提取罐1内的溶媒处于微沸的状态；

步骤S6：保持微沸状态达到设定时间后，关闭各个蒸汽调节阀 SV101-SV103，并会在人机交互系统显示煮提完成的信息；

步骤S7：将煮提液转移，排出提取罐1内的残渣，并清洗提取罐1，等待下一次作业。

进一步的，步骤S5中视觉系统判断溶媒的沸腾状态具体包括：

步骤S10：首先进行信号采集，然后进行图像分割，提取区域特征，并得到综合分割结果；

步骤S20：根据综合分割结果进行逐区域匹配，并计数；

步骤S30：待全部匹配完成之后计算空泡比，从而判断沸腾状态；

首先，本发明通过流量计能够有效提高提取罐1添加溶媒量的精确度，并且，提取罐1采用上、中、下分段式的温度控制方式，通过蒸汽调节阀与温度传感器连锁，依据各个段位温度的高低来控制蒸汽进入量，确保提取罐1体内溶媒加热过程中各阶段温度场均匀，进而提高中药提取效率。

且本发明通过压缩机2实现溶媒蒸汽循环，回收溶媒蒸汽的冷凝潜热为提取罐1提供热源，有效降低设备能耗，同时省略了真空泵、冷凝器等部件，减少了系统配置，缩小了系统体积；同时通过调整压缩机2的频率，以及第一调节阀的开度，维持提取罐1内溶媒的微沸状态，防止溶媒过沸腾或欠沸腾，确保有效成分尽可能多的浸出，同时防止无效成分析出，保证药分的纯度，实现良好的中药提取效果。

其次，本发明提供的中药提取控制系统，各个系统配合协同工作，能够实现提取罐内含气率的自动监测，以及精准控制提取罐内溶媒的添加量和溶媒的微沸状态，自动化程度高，中药提取效果好。

最后，本发明提供的中药提取控制方法通过视觉系统监测提取罐内的含气率，判断溶媒的沸腾状态，从而调节蒸汽调节阀的开度，以使溶媒维持在微沸状态下，实现良好的中药提取效果；同时三个并联设置的蒸汽调节阀分别控制提取罐内不同温度场的温度，确保提取罐内溶媒加热均匀。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。