JPS5879127A - 圧力変化検出装置 - Google Patents
圧力変化検出装置Info
- Publication number
- JPS5879127A JPS5879127A JP17786581A JP17786581A JPS5879127A JP S5879127 A JPS5879127 A JP S5879127A JP 17786581 A JP17786581 A JP 17786581A JP 17786581 A JP17786581 A JP 17786581A JP S5879127 A JPS5879127 A JP S5879127A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure change
- change
- pressure
- pyroelectric element
- housing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
- G01L11/002—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by thermal means, e.g. hypsometer
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は低周波で微小な圧力変化を検出する圧力変化
検出装置に関するものである。
検出装置に関するものである。
従来非接触で圧力を検出するものとして超音波マイクロ
ホンおよび可聴域マイクロホンなどが実用化されている
。
ホンおよび可聴域マイクロホンなどが実用化されている
。
このうち前者は侵入者監視装置、自動車の】n突防止装
置およびTVのリモコン装置などに用いられ、また後者
は振動体の数100〜数KHzの撮動による媒体の圧力
変化を検出するものなどに用いられている。
置およびTVのリモコン装置などに用いられ、また後者
は振動体の数100〜数KHzの撮動による媒体の圧力
変化を検出するものなどに用いられている。
古ころで、これらマイクロホンの基本的な構造は略同じ
であり、第1図に示すように開口部】aを有する共鳴器
1中に圧力を電気信号に変換する振動板28よびホーン
(図示せず)を収納したもので表わされる。この1s合
、共鳴器1および振動板2は夫々その構造寸法、材質に
関係した共振周波数fn、fvを有している。このうち
振動板2の共振周波数fvは厚みt、直径d、振動板材
質のヤング率E、ポアソン比σと下式 で関係ずけられ、また共鳴器1の共振周波数fRは開口
部1aの面積S、開口部13周縁の肉厚l容積W、音速
Cとすると下式 %式% したう5って、このような2つの具眼周波数fv。
であり、第1図に示すように開口部】aを有する共鳴器
1中に圧力を電気信号に変換する振動板28よびホーン
(図示せず)を収納したもので表わされる。この1s合
、共鳴器1および振動板2は夫々その構造寸法、材質に
関係した共振周波数fn、fvを有している。このうち
振動板2の共振周波数fvは厚みt、直径d、振動板材
質のヤング率E、ポアソン比σと下式 で関係ずけられ、また共鳴器1の共振周波数fRは開口
部1aの面積S、開口部13周縁の肉厚l容積W、音速
Cとすると下式 %式% したう5って、このような2つの具眼周波数fv。
fpをもったマイクロホンは一宮2図(こ示すように周
波数に対して双峰性の感度を有すること(こなる。
波数に対して双峰性の感度を有すること(こなる。
このことから各共振周波数f R,f vをfx=fv
の関係とすれば第2図中破線に示すように最高の感度が
得られることになる。しかし、このようにすると今度は
帯域が狭くなり特定周波数の圧力変化を検出するにはよ
いが広帯域の圧力変化を検出するのが難しくなる。
の関係とすれば第2図中破線に示すように最高の感度が
得られることになる。しかし、このようにすると今度は
帯域が狭くなり特定周波数の圧力変化を検出するにはよ
いが広帯域の圧力変化を検出するのが難しくなる。
このため帯域を広くする手段としてfRとfvを一致さ
せないことと振動板の撮動をダンピングすることが考え
られている。このようにすれば広帯域化とともに特に低
域帯を広げることへできる。
せないことと振動板の撮動をダンピングすることが考え
られている。このようにすれば広帯域化とともに特に低
域帯を広げることへできる。
しかし、これlども限度がある。すなわち4辰動板2の
共振周波数を低下させるためには(1)式から明らかな
ように振動板2の直径dを大きくする吉ともに厚みtを
小さくすればよいが、例えば振動板2に圧醒バイモルフ
を用いた場合I KHz以下の共1辰鳴器1の容積を大
きくし開口部1aの面積を小さくする゛ことも必要であ
るが、このようにすると開口部1aから入射する低周波
圧力変化に対して高周波S@してしまい信頼性の高い圧
力変化の検出が非常に難しい。
共振周波数を低下させるためには(1)式から明らかな
ように振動板2の直径dを大きくする吉ともに厚みtを
小さくすればよいが、例えば振動板2に圧醒バイモルフ
を用いた場合I KHz以下の共1辰鳴器1の容積を大
きくし開口部1aの面積を小さくする゛ことも必要であ
るが、このようにすると開口部1aから入射する低周波
圧力変化に対して高周波S@してしまい信頼性の高い圧
力変化の検出が非常に難しい。
ところで、低周波の圧力変化を検出するものには電磁形
のものもあるが、このものも共憑点についての考え方は
基本的に上述のものと同じであり小型で低周波に感度を
有する検出器を構成するのが大変帷しく、特に10Hz
以下の低周波圧力変化を非接触で検知することは非常に
難しい。また、この他に圧力変化を空気等の媒体の流れ
としてこの流れ変化を熱放散の変化乏して自己加熱型サ
ーミスタの抵抗変化に変換して検知する赤外線センサー
を用いる方法や、超音波を特定の静止物体に反射させ、
やはり媒体の流れをドツプラー効果を利用して検出する
超音波センサーを用いる方法があるが前者においては周
囲温度の補償が必要であったり検出器に加わる等方位の
圧力を検出できない欠点があり、後者においては装置が
複雑になったり喝向注があるため検出器の開口方向以外
の圧力変化を入力しないため感度が悪くなる欠点があっ
た。また特lこ上述の赤外線センサーや超音波センサー
を侵入者監視装置に用いた場合これらセンサーの有する
個有の視野内に伸大者が入ったとき侵入者からの熱線(
10μm程度の波長を有する赤外線)や反射超音波をセ
ンサーにて検出するが、この種センサーはいずれも個有
の視野角を有し感度を上げようとすると視野がせばまっ
て警戒網が狭くなり、逆に視野角を広げると今度は感度
が下がって曖戒能力が低下してしまい、結局ある程度の
広さの監視をするには数個のセンサーを必要とするなど
経済的に不利な欠点があった。
のものもあるが、このものも共憑点についての考え方は
基本的に上述のものと同じであり小型で低周波に感度を
有する検出器を構成するのが大変帷しく、特に10Hz
以下の低周波圧力変化を非接触で検知することは非常に
難しい。また、この他に圧力変化を空気等の媒体の流れ
としてこの流れ変化を熱放散の変化乏して自己加熱型サ
ーミスタの抵抗変化に変換して検知する赤外線センサー
を用いる方法や、超音波を特定の静止物体に反射させ、
やはり媒体の流れをドツプラー効果を利用して検出する
超音波センサーを用いる方法があるが前者においては周
囲温度の補償が必要であったり検出器に加わる等方位の
圧力を検出できない欠点があり、後者においては装置が
複雑になったり喝向注があるため検出器の開口方向以外
の圧力変化を入力しないため感度が悪くなる欠点があっ
た。また特lこ上述の赤外線センサーや超音波センサー
を侵入者監視装置に用いた場合これらセンサーの有する
個有の視野内に伸大者が入ったとき侵入者からの熱線(
10μm程度の波長を有する赤外線)や反射超音波をセ
ンサーにて検出するが、この種センサーはいずれも個有
の視野角を有し感度を上げようとすると視野がせばまっ
て警戒網が狭くなり、逆に視野角を広げると今度は感度
が下がって曖戒能力が低下してしまい、結局ある程度の
広さの監視をするには数個のセンサーを必要とするなど
経済的に不利な欠点があった。
この発明は上記欠点を除去するためなされたもので、1
0Hz以下の低周波の微圧力変化を良好に、しかも広視
野にわたって検出できる気 圧力変化検出装置を提供することを目的とする。
0Hz以下の低周波の微圧力変化を良好に、しかも広視
野にわたって検出できる気 圧力変化検出装置を提供することを目的とする。
μ下、この発明の一実施例を図面に従い説明する。
第3図はこの発明を侵入者監視装置ζこ適用した例を示
している。図において11は検出部本体で、この本体1
1は非接触圧力変化検出素子例えば焦電素子12.この
焦電素子12を支持する基板13ぢよび導体14を有し
ている。この場合、焦電素子12は微分素子と呼ばれ、
温度変化があって始めて電気信号を出力する特性を有す
るものてpz’rLiTaO,、PYfi’、 、pb
’r、o、 、TGS、ZnOなどの焦電体の両面にA
g、Au、 Ni−Crなどの電極(図示せず)を付し
、これに白金黒、合焦、カーボンブラックなどからなる
熱吸収11に121を設けている。また基板13はアル
ミナ、ステアタイトなどからなるもので、Ag、 Ag
−Pdなどの電極(図示せず)を有し、この電極上に北
記焦電素子12を支持するとともをこその電気出力部を
電気的に接続し、この@極をリードa131を介して導
体14に接続している。
している。図において11は検出部本体で、この本体1
1は非接触圧力変化検出素子例えば焦電素子12.この
焦電素子12を支持する基板13ぢよび導体14を有し
ている。この場合、焦電素子12は微分素子と呼ばれ、
温度変化があって始めて電気信号を出力する特性を有す
るものてpz’rLiTaO,、PYfi’、 、pb
’r、o、 、TGS、ZnOなどの焦電体の両面にA
g、Au、 Ni−Crなどの電極(図示せず)を付し
、これに白金黒、合焦、カーボンブラックなどからなる
熱吸収11に121を設けている。また基板13はアル
ミナ、ステアタイトなどからなるもので、Ag、 Ag
−Pdなどの電極(図示せず)を有し、この電極上に北
記焦電素子12を支持するとともをこその電気出力部を
電気的に接続し、この@極をリードa131を介して導
体14に接続している。
このような検出部本体11は導体14を介して回路基板
15上に設けられている。この回路基板15にはインピ
ーダンス変換用素子例えばFET15を設けている。こ
の場合、回路基板15は第4図に示ずようlこ入力抵抗
Rgsよびソース抵抗1’Lsを有しており、焦電素子
I2の両端子間lこ入力抵抗r(gを妾続するとともに
一方端子をF’E’I”16のゲートに、他方′端子を
ソース抵抗Rsを介してFE′i’15のソースに夫々
接続し、 [’1DT15のドレイン、ソースおよび
抵抗Rg Rsの隆続点より夫々ピン171,172,
173を導出している。これらピン171 、172
、173は第3図に示すように回路基板15より垂直に
突設されベース18を介して外部lこ導出している。ベ
ース18には一定の容積を有するハウジング例えばTO
−5ハウジング19を設けこのハウジング19中に上記
検出部本体11、FET’16j6よび回路基板15を
収納している。このTO−5ハウジンク19は頭部に圧
力伝達用の開口部191を有している。
15上に設けられている。この回路基板15にはインピ
ーダンス変換用素子例えばFET15を設けている。こ
の場合、回路基板15は第4図に示ずようlこ入力抵抗
Rgsよびソース抵抗1’Lsを有しており、焦電素子
I2の両端子間lこ入力抵抗r(gを妾続するとともに
一方端子をF’E’I”16のゲートに、他方′端子を
ソース抵抗Rsを介してFE′i’15のソースに夫々
接続し、 [’1DT15のドレイン、ソースおよび
抵抗Rg Rsの隆続点より夫々ピン171,172,
173を導出している。これらピン171 、172
、173は第3図に示すように回路基板15より垂直に
突設されベース18を介して外部lこ導出している。ベ
ース18には一定の容積を有するハウジング例えばTO
−5ハウジング19を設けこのハウジング19中に上記
検出部本体11、FET’16j6よび回路基板15を
収納している。このTO−5ハウジンク19は頭部に圧
力伝達用の開口部191を有している。
なおこの場合、ハウジング19の開口部191を通して
赤外線が検出部本体11の焦電素子12に直接与えられ
るのを防ぐことが検出精度を高める上で必要であり、こ
のため図示例のものでは基板13の焦電素子12を設け
た面吉反対側面が上記開口部191に対向するようにし
ている。
赤外線が検出部本体11の焦電素子12に直接与えられ
るのを防ぐことが検出精度を高める上で必要であり、こ
のため図示例のものでは基板13の焦電素子12を設け
た面吉反対側面が上記開口部191に対向するようにし
ている。
次にこのように構成した圧力変化検出装置の作用を説明
する。
する。
まず、例えば閉じた部屋すなわち窓やドアが閉まってい
る部屋に検出装置をハウジング19の開口部191がふ
さがれないように配置する。この場合、装置はどこに置
いても構わないし、また隙間のあいた箱などの中lこセ
ラ)・シてもよい。勿論部屋内に人が居ても構わない。
る部屋に検出装置をハウジング19の開口部191がふ
さがれないように配置する。この場合、装置はどこに置
いても構わないし、また隙間のあいた箱などの中lこセ
ラ)・シてもよい。勿論部屋内に人が居ても構わない。
この状態で部屋の窓やドアを開けると室内の気圧が変化
する。この気圧変化は圧力変化検出装置にも加わりハウ
ジング19の開口部191を通して気室(ハウジング1
9とベース18にて形成される空間から検出部本体11
、 FET16、回路基板15などの内容物を除いた
空間)に!云えられる。
する。この気圧変化は圧力変化検出装置にも加わりハウ
ジング19の開口部191を通して気室(ハウジング1
9とベース18にて形成される空間から検出部本体11
、 FET16、回路基板15などの内容物を除いた
空間)に!云えられる。
この場合圧力変化を△P、気室の容積をVとすると周知
のPV=RTなるボイルシャルノa法則(こしたがって
芥′4Vが一定ならば気室の1「力変化△瞥9温度変化
Δ′Fにつながることになる。
のPV=RTなるボイルシャルノa法則(こしたがって
芥′4Vが一定ならば気室の1「力変化△瞥9温度変化
Δ′Fにつながることになる。
これによりこのときの1′品度変化△Tは熱吸収1漠1
21にて効率よく吸収され焦電素子12での壌′4効果
lこよって電気言号に変換され、この′d気倍信号FI
DT16を通りインピーダンス変換されたのちピン17
1.172.173より圧力変化演出信号として出力さ
れる。
21にて効率よく吸収され焦電素子12での壌′4効果
lこよって電気言号に変換され、この′d気倍信号FI
DT16を通りインピーダンス変換されたのちピン17
1.172.173より圧力変化演出信号として出力さ
れる。
この18合、圧力変化の周波数特性は第5図ζこ示すよ
うな焦電型赤外線噴出素子の感度特性に対応する。これ
により部屋の窓やドアの開閉のような比較的緩漫な圧力
変化つまり低周波で微小な1五カ変化も非接触にて良好
に演出できることになる。
うな焦電型赤外線噴出素子の感度特性に対応する。これ
により部屋の窓やドアの開閉のような比較的緩漫な圧力
変化つまり低周波で微小な1五カ変化も非接触にて良好
に演出できることになる。
また、このときの圧力変化検出出力により第6図に示す
ような駆動回1路を用いることにより警報を発したり、
あるいは防犯シャッタを閉じたりするこ吉なともできる
。すなわち、第6図では符づ20で示すこの発明装装置
からの出力を1曽中4ル21に与え70dB程度増巾す
る吉ともにアクティブフィルタ22にて0.1〜]、
OHZ程変のバンドパスヲ行ない不要信号を除去し、こ
ののちダイオード23を介して直流信号に変換しこれを
コンデンサ24に充′屈する。そして、このコンデンサ
24の光′成仏が所定値以−ヒになったききスイッチ回
路25をオンし警報やシャッタなどの駆動源26を駆動
するようlこしている。
ような駆動回1路を用いることにより警報を発したり、
あるいは防犯シャッタを閉じたりするこ吉なともできる
。すなわち、第6図では符づ20で示すこの発明装装置
からの出力を1曽中4ル21に与え70dB程度増巾す
る吉ともにアクティブフィルタ22にて0.1〜]、
OHZ程変のバンドパスヲ行ない不要信号を除去し、こ
ののちダイオード23を介して直流信号に変換しこれを
コンデンサ24に充′屈する。そして、このコンデンサ
24の光′成仏が所定値以−ヒになったききスイッチ回
路25をオンし警報やシャッタなどの駆動源26を駆動
するようlこしている。
したがって、このような構成によればハウジングの開口
部を通して気室に伝えられる低周波圧力変化をボイルシ
ャルルの法則に基ずいて温度変化としてとらえ、これを
演出部本体の焦′賀素子で検出するようにしたので検出
空間に生じた1oTTz以下の低周波の微少圧力変化を
無接触で、しかも、味指向で広視腎ζこわたって良好に
検出できることになる。また焦電素子には熱吸収膜を付
しているので圧力変化にともなう温度変化を高感度でと
らえることができ、検出精度を著しく高めることもでき
る。
部を通して気室に伝えられる低周波圧力変化をボイルシ
ャルルの法則に基ずいて温度変化としてとらえ、これを
演出部本体の焦′賀素子で検出するようにしたので検出
空間に生じた1oTTz以下の低周波の微少圧力変化を
無接触で、しかも、味指向で広視腎ζこわたって良好に
検出できることになる。また焦電素子には熱吸収膜を付
しているので圧力変化にともなう温度変化を高感度でと
らえることができ、検出精度を著しく高めることもでき
る。
な8、この発明は上記実崩例にのみ限宝されず安旨を変
更しない範囲で適宜変形して実!血できる。
更しない範囲で適宜変形して実!血できる。
例えば第7図に示すように検出部本体11は焦電素子1
2の全周を熱吸収膜121にて覆いこれを導体14に直
接設けるとともに回路基板15上に設けるようにしても
よい。この場合も、虫型素子12がハウジング19の開
口部191に直接対向しないように開口部191よりわ
ずかにずらして1配置青する必要がある。
2の全周を熱吸収膜121にて覆いこれを導体14に直
接設けるとともに回路基板15上に設けるようにしても
よい。この場合も、虫型素子12がハウジング19の開
口部191に直接対向しないように開口部191よりわ
ずかにずらして1配置青する必要がある。
μL述べたようにこの発明によれば10Hz[d下の低
周波で微圧力変化を良好にしかも広視野?こわたって険
出し得る圧力変化検出装置を世(It−できる。
周波で微圧力変化を良好にしかも広視野?こわたって険
出し得る圧力変化検出装置を世(It−できる。
パδ1図は従来の圧力変化検出装置の一例を示す概略的
?lV成図、′X2図は同装置aを説明するための特性
図、哨3図はこの発明の一実施例を示す概略略図、第5
図は同実施例を【151明するための特性図、第6図は
同実〕血例に(d加される駆動回路の一例を示すブロッ
ク図、第7図はこの発明の他実施例を示す概略的構蜘図
である。 1・・・共鳴器 1a・・・開口部2・・・撮
動板 11・・・検出部本体12・・・焦心素
子 121・・・熱吸収膜13・・・基板
131・・・リ −ド腺14・・・導体
15・・・回路基板16・・・F’ET
171,172,173・・・ピン]8・・・
ベース 19・・・To−5ハウジング19
1 ・・開口部 20・・・圧力変化検出装
置21・・・増巾器 22・・・アクティブフィル
タ23・・・ダイオード 24・・・コンデンサ2
5・・・スイッチ回路 26・・・駆動源第1図 第2図 第3図 第4図 2
?lV成図、′X2図は同装置aを説明するための特性
図、哨3図はこの発明の一実施例を示す概略略図、第5
図は同実施例を【151明するための特性図、第6図は
同実〕血例に(d加される駆動回路の一例を示すブロッ
ク図、第7図はこの発明の他実施例を示す概略的構蜘図
である。 1・・・共鳴器 1a・・・開口部2・・・撮
動板 11・・・検出部本体12・・・焦心素
子 121・・・熱吸収膜13・・・基板
131・・・リ −ド腺14・・・導体
15・・・回路基板16・・・F’ET
171,172,173・・・ピン]8・・・
ベース 19・・・To−5ハウジング19
1 ・・開口部 20・・・圧力変化検出装
置21・・・増巾器 22・・・アクティブフィル
タ23・・・ダイオード 24・・・コンデンサ2
5・・・スイッチ回路 26・・・駆動源第1図 第2図 第3図 第4図 2
Claims (5)
- (1)一部に開口部を有するハウジングと、このハウジ
ング内tこ設けられ計つ上記開口部を介してハウジング
内に伝えられる圧力変化を温度変化としてとらえ出力を
発生する焦電素子を有する検出部本体とを具備したこと
を特徴きする圧力変化検出装置。 - (2) 上記検出部本体は焦電素子、この焦電素子を
支持する基板および焦電素子の出力を導出する導体を有
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧力
変化検出装置。 - (3)上記検出部本体はインピーダンス変換素子を有す
る回路基板上lこ設けられることを特徴とする特許請求
の範囲第1項又は第2項記載の子方変化検出装置。 - (4) 上記検出部本体は焦電素子の少なくとも一部
に熱吸収膜を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項乃至@3@のいずれかに記載の圧力変化検出装置。 - (5) 上記検出部本体は焦電素子がハウジングの開口
部と直接対向しないように配置されることを特徴とする
特許請求の範囲第1頃乃至嬉4項のいずれかに記載の圧
力変化検出装置凌。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17786581A JPS5879127A (ja) | 1981-11-06 | 1981-11-06 | 圧力変化検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17786581A JPS5879127A (ja) | 1981-11-06 | 1981-11-06 | 圧力変化検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5879127A true JPS5879127A (ja) | 1983-05-12 |
Family
ID=16038421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17786581A Pending JPS5879127A (ja) | 1981-11-06 | 1981-11-06 | 圧力変化検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5879127A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62115333A (ja) * | 1985-11-14 | 1987-05-27 | Yukio Ogawa | 超微圧応答型多機能センサ−装置 |
JP2010169512A (ja) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Nippon Soken Inc | 圧力変化検出装置 |
-
1981
- 1981-11-06 JP JP17786581A patent/JPS5879127A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62115333A (ja) * | 1985-11-14 | 1987-05-27 | Yukio Ogawa | 超微圧応答型多機能センサ−装置 |
JP2010169512A (ja) * | 2009-01-22 | 2010-08-05 | Nippon Soken Inc | 圧力変化検出装置 |
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