非涣散红外（NDIR）光谱仪常被用来检测气体和丈量碳氧化物（例如一氧化碳和二氧化碳）的浓度。一个红外光束穿过采样腔，样本中的各气体组分吸收特定频率的红外线。经过丈量相应频率的红外线吸收量，便可确认该气体组分的浓度。之所以说这种技能对错涣散的，是由于穿过采样腔的波长未经预先滤波；相反地，光滤波器坐落检波器之前，以便滤除选定气体分子能够吸收的波长之外的一切光线。
图1所示电路是一个依据NDIR原理的热电堆气体传感器完好电路。该电路针对二氧化碳检测优化，但选用不同滤光器的热电堆之后亦可准确丈量多种气体的浓度。
印刷电路板（PCB）选用Arduino扩展板尺度规划，并与Arduino兼容渠道板EVAL-ADICUP360对接。信号调理由低噪声扩大器AD8629 和 ADA4528-1以及精细模仿微操控器ADuCM360完成，该微操控器集 成可编程增益扩大器、双通道24位Σ-Δ型模数转换器（ADC）和ARM Cortex-M3处理器。
热电堆传感器由一般串联（或偶然并联）的许多热电偶组成。串联热电偶的输出电压取决于热电偶结与基准结之间的温度差。该原理称为塞贝克效应，以其发现者Thomas Johann Seebeck命名。
本电路运用运算扩大器AD8629扩大热电堆传感器输出信号。热电堆输出电压相对较小（从几百微伏到几毫伏），需求高增益和极低的失调与漂移，以防止直流差错。热电堆的高内阻特性（典型值为84 kΩ）需求低输入偏置电流的扩大器以最大程度地削减差错，而AD8629的偏置电流仅为30 pA（典型值）。该器材随时刻和温度改变的漂移极低，在校准温度丈量后不会引进额定差错。与ADC采样速率同步的脉冲光源最大程度地削减低频漂移和闪耀噪声引起的差错。
AD8629在1 kHz下的电压噪声频谱密度仅为22 nV/√Hz，低于热电堆37 nV/√Hz的电压噪声密度。
AD8629在10 Hz下的电流噪声频谱密度也十分低，典型值仅为5 fA/√Hz。该电流噪声流过84 kΩ热电堆，10 Hz时的噪声奉献仅为420 pV/√Hz。
图1. NDIR气体检测电路
选用低噪声扩大器ADA4528-1作为缓冲的传感器共模电压为200mV，因而NTC和热电堆信号输出满意ADuCM360缓冲形式输入的要求：ADuCM360 ADC缓冲形式输入为AGND + 0.1 V至约AVDD – 0.1 V。CN-0338 Arduino扩展板兼容其它类型的仅有单端输入ADC的Arduino兼容渠道。
该电路的斩波频率规模为0.1 Hz至5 Hz，可经过软件挑选。低压差稳压器 ADP7105 l生成安稳的5 V输出电压以驱动红外光源，并由ADuCM360操控开关。ADP7105具有软启动功用，可消除冷启动光源时发生的浪涌电流。
ADuCM360集成双通道、24位、Σ-Δ型ADC，在3.5 Hz至3.906 kHz的可编程速率规模内可同步采样双热电堆单元。NDIR体系的数据采样速率规模约束在3.5 Hz至483 Hz之间，以便具有最佳的噪声功能。
热电堆检测器作业原理
为了了解热电堆，有必要回忆热电偶的基本理论。
假如在肯定零度以上的恣意温度下衔接两种不同的金属，则两种金属之间会发生电位差（热电EMF或触摸电位），此电位差是结温的函数（参见图2中的热电EMF电路）。
假如两根导线在两处相连，则构成两个结点（参见图2中衔接负载的热电偶）。假如两个结点的温度不同，则电路中发生净EMF，并有电流流过，电流由EMF和电路总电阻决议（参见图2）。假如其间一根导线断开，则断点处电压等于电路的净热电EMF；而且假如该电压能够测得，便可运用其核算两个结点之间的温度差（参见图2中的热电偶电压丈量）。记住，热电偶丈量两个结点之间的温度差，而非一个结点处的肯定温度。只有当另一个结点（一般称为基准结点或冷结）已知的情况下，丈量结点处的温度才可测得。
可是，要丈量热电偶发生的电压却很困难。假定电压表衔接第一个热电偶丈量电路（参见图2中显现冷结的实践热电偶电压丈量）。衔接电压表的导线在衔接处构成了更多的热电偶。假如这些额定的结点温度相同（不管温度是多少），则中心金属规律标明它们对体系的总EMF没有净奉献。假如它们的温度不同，则发生差错。由于每一对不同的触摸金属都会发生热电EMF——包含铜片/焊点、可伐/铜片（可伐是一种用于IC引线结构的合金）和铝/可伐（IC内的焊接）——在实践电路中，问题更为杂乱，有必要极端慎重地保证热电偶周边电路的一切结点对（除丈量结点和基准结点自身）的温度相同。
图2. 热电偶原理
热电堆由许多热电偶串联而成，如图3所示。与单个热电偶比较，热电堆发生的热电电压要高得多。
图3. 多个热电偶组成热电堆
在NDIR运用中，经过滤波的脉冲红外光施加于串联有源结点；因而，结点加热，发生较小的热电电压。基准结点的温度由热敏电阻丈量。
许多气体的正负电荷中心瞬态或稳态不重合。在红外频谱，气体可吸收特定频率，这种特功能够用来进行气体剖析。当红外辐射射入气体中，而且当分子的自谐振频率与红外波长相匹配时，气体分子会依据原子的能级跃迁而与入射红外线发生谐振。
关于大部分红外气体检测运用而言，方针气体的成分是已知的，因而不需求气相色谱剖析。但是，假如不同气体的吸收线堆叠，那么体系就必须处理这些气体之间的彼此搅扰。
二氧化碳在4200 nm和4320 nm之间存在吸收峰值，如图4所示。
图4. 二氧化碳（CO2）的吸收频谱
红外光源的输出波长规模和水的吸收频谱相同决议了检测波长的挑选。在3000 nm以下，以及4500 nm和8000 nm之间，水具有较强的吸收性。假如方针气体中有湿气（湿度高），则在这些规模内，检测气体会遭到较强的搅扰影响。图5显现了二氧化碳吸收频谱与水的吸收频谱堆叠。（一切吸收数据均来自HITRAN数据库）。
图5. 二氧化碳与水的吸收频谱堆叠
假如将红外光施加在双热电堆传感器上，并装置一对滤光器，使其间一个滤光器中心波长在4260 nm，而另一个中心波长在3910 nm，则经过丈量两个热电堆的电压之比即可测得二氧化碳浓度。中心波长与二氧化碳吸收波长堆叠的滤光器用作丈量通道，中心波长在二氧化碳吸收波长以外的滤光器用作基准通道。运用基准通道后，可消除尘埃或辐射强度衰减引起的丈量差错。二氧化碳和水蒸汽对3910nm的红外线简直都没有吸收，留意这一点很重要；这使得该区域成为基准通道的抱负地址。
NDIR检测中运用的热电堆具有相对较高的内阻，而50 Hz/60 Hz电源线噪声会耦合进入信号途径。热电堆的内阻可能为100 kΩ左右，导致热噪声成为体系内的首要噪声。例如，图1体系中选用的热电堆传感器电压噪声密度为37 nV/√Hz。为了使体系具有最好的功能，应该使传感器输出尽可能大的信号，而且在电路中运用较低的增益。
使来自热电堆传感器的信号最大化的最佳办法是运用具有高反射特性的腔室，这样做能够保证尽可能多的辐射进入检测器而不被腔室吸收。运用反射腔室来削减腔室吸收辐射量还可下降体系功耗，由于这样能够运用小功率的辐射源。
