Distribuert fiberoptisk føling (DFO) – I påvente av ekte kunstig intelligens

DFO-teknologi i rask utvikling

I motsetning til hos mennesker som har et fullt utviklet nervesystem, er distribuert fiberoptisk føling (Distributed Fibre Optic Sensing – DFO)  fremdeles på spedbarnsstadiet. Men teknologien er i rask utvikling.

I menneskekroppen er de ulike cellene og organene spesialister på å utføre oppgavene sine på best mulig måte.  Oppgavefordelingen er svært effektiv ettersom hver enkelt celle kan konsentrere seg om noen få avanserte oppgaver. Koordinasjon i hele organismen krever både et kontrollsenter og rask og nøyaktig kommunikasjon mellom de ulike delene i kroppen.

Hos mennesker sørger nervesystemet for dette, mens hjernen er kontrollsenteret.

• Klikk her for å se de siste nyheter og prosjekter fra SINTEF Industri

Hvordan virker dagens DFO-systemer?

Dagens kommersielle DFO-systemer består av en boks med elektronikk som kalles for en ‘interrogator’. Den styres av en datamaskin som er tilkoplet én eller flere lange (1-100km) fiberoptiske kabler som selv fungerer som sensorer. Interrogatoren i DFO-systemet kan sammenliknes med en hjerne, og de optiske fibrene fungerer som distribuerte nervetråder (se figuren under). Det kan monteres flere optiske fibre på en teknisk installasjon. Til det trengs det flere interrogator-enheter, noe som lett kan løses ved å installere parallelle optoelektroniske kretser.

Laserlys overføres til de optiske fibrene ved å programmere digitale lyspulssekvenser som interrogatoren henter inn og sender ut. Ved å studere lyset som stråler tilbake fra defekter i det optiske fibermaterialet kan DFO-systemet ‘føle’ en rekke distinkte hendelser langs de optiske fibrene i sanntid, herav betegnelsen distribuert fiberoptisk føling.

DFO-overvåkning av produksjon fra olje- og gassfelt

DFO har allerede blitt et allsidig verktøy i dagens olje- og gassproduksjon. Det brukes blant annet i seismisk reservoarovervåkning, registrering av trykk og temperatur i borehull og til å oppdage lekkasjer i rørledninger. Fiberoptiske kabler installeres i nye brønner, på strømningsrør, stigerør og rørledninger verden over slik at en kan dra nytte av de siste utviklinger innen intelligent overvåkning.

Så vidt vi vet har mange kommersielle DFO-systemer på markedet i dag en aksiell måleoppløsning på under 1 meter, samtidig som de dekker avstander på mellom 10 og 100 kilometer. Noe som er helt sikkert er at de har blitt et allsidig måleverktøy innen petroleumssektoren.

Det pågår stadig og økende FoU på DFO-teknologi (Se figuren under). SINTEF anslår at på verdensbasis i 2018 leverer mellom 10 og 15 kvalifiserte selskaper tjenester basert på DFO-teknologi.

Antall publikasjoner/treff årlig ved et enkelt søk på begrepet: ‘fiber optic sensing’ siden 1990. En har her gått ut ifra at Google Scholar dekker mesteparten av litteraturen som er tilgjengelig, mens OnePetro er et olje- og gasstidskrift som utgis av Society for Petroleum Engineers (SPE), og som gjenspeiler faktisk innføring av teknologien i industrien.

SINTEFs Flerfaselaboratorium på Tiller har i løpet av de siste 4-5 årene registrert lydsignaler og tilegnet seg DFO-erfaring fra FoU-prosjekter i olje- og gassindustrien.

DFO-systemenes intellektuelle egenskaper

Etter min mening ligger DFO-systemenes intellektuelle egenskaper i:

1. fiberoptisk kabeldesign og fremstilling
2. optoelektroniske kretskort
3. algoritmer som styrer lysimpulser
4. dataanalyse
5. anvendelsesdetaljer

I årene som kommer forventes det store gjennombrudd både innen interrogator-teknologi og fiberoptiske kabler. Utviklingen vil skje i hele verdikjeden fra universitetene, via instituttsektoren, til en rekke forskjellige små til store selskaper.

Dataanalyse og datareduksjonsalgoritmer vil naturligvis også spille en rolle i neste generasjons DFO-systemer. Dagens DFO-systemer kan lett produsere ~10 TB data per dag for enkle applikasjoner som brukes til å overvåke olje- og gassrør i petroleumssektoren.

Petroleumssektoren har anvendt DFO i flere år. Som følge av teknikkens generiske karakter og dens mange muligheter spiller DFO allerede en viktig rolle i å overvåke en rekke ulike tekniske konstruksjoner på tvers av samfunnssektorer (Se figuren nedenfor).

DFO-føling brukes allerede i mange samfunnssektorer (fra nettsiden til leverandørselskapet OptaSense, gjengitt med tillatelse).

Fremtidsperspektiver for DFO

Lys beveger seg ~ 6 størrelsesordener raskere enn et typisk menneskelig nervesignal.  Selv med integrasjon av dataalgoritmer, optoelektroniske kretser og dataanalyser har ‘DFO-hjernen’ langt mindre prosesseringskapasitet enn den menneskelige hjernen. Likevel har dagens nyeste integrerte DFO-systemer den store fordelen at de kan avgi informasjon med lysets hastighet. Ved å delta i videreutviklingen av DFO vil SINTEF fortsette å fremme denne teknologien – for et bedre samfunn.

Med det som formål er det ikke vanskelig å forestille seg at DFO en dag vil utvikle seg til et ‘teknisk nervesystem’. Kognitive funksjoner som hørsel og berøring er allerede blitt virkelighet. Sammen med sine samarbeidspartnere videreutvikler SINTEF aktivt denne teknologien på tvers av fagområder.