De får fiberkabler til å sladre om mulig kabelkutting og fare for ras

Trondheim: Det ligger kritisk infrastruktur på bunnen av mange hav, sjøer og fjorder. Det er vanskelig å overvåke alt sammen til enhver tid. Men med teknologi fra Trondheim er det mulig. Alcatel Submarine Networks Norway (ASN) står bak teknologien kalt DAS – Distributed Acoustic Sensing.

Tenk deg en fiberkabel mellom Trondheim og Oppdal. La en person slippe en blyant fra ti centimeters høyde ned på en fiberkabel et eller annet sted på strekningen. Med systemet optisk distribuert akustisk sensorteknologi (OptoDAS) plassert i Trondheim, kan det fastslås med én meters presisjon akkurat hvor og når blyanten traff fiberkabelen. DAS måler de ekstremt små strekkbelastningene som akustiske bølger og vibrasjonsbølger påfører glasset i fiberen.

Nå er de en av seks kandidater til Norwegian Tech Awards 2022, som deles ut 22. juni (se faktaboks). Vi presenterer alle sammen.

Nå kan du stemmme!

Infrastruktur med skader

En rekke hendelser har slått ut eller skadet viktig infrastruktur de siste par årene. I november 2021 forsvant deler av sjøovervåkningskabelen LoVe i Vesterålen. I januar 2022 ble en av kommunikasjonskablene mellom Svalbard og fastlandet kuttet. I september 2022 ble gassrørledningene Nord Stream I og II sprengt. I oktober 2022 ble alle kabelforbindelsene mellom Skottland og Shetland brutt. Med DAS-teknologien kunne noen av hendelsene antakelig vært unngått.

Alcatel Submarine Network har i år lansert et slikt overvåkningssystem i samarbeid med en kommersiell overvåkningsoperatør. Tyskland og Norge har tatt initiativ til et Nato-senter for overvåkning av undersjøiske gassrørledninger. Installasjon av fiberoptiske kabler langs rørledninger vil antagelig være den dominerende teknologien for å få til en slik overvåkning. Et slikt system vil sannsynligvis kunne oppdage forsøk på sabotasje før selve ødeleggelsen inntreffer. Dette er allerede implementert i stor utstrekning for rørledninger på land.

Når en trål dras etter havbunnen, vil det genereres bølger som forplanter seg i havbunnen. Med OptoDAS kan eiere av fiberkabler registrere trålen på tre–fire kilometers avstand fra kabelen. Det kan gi kabeleieren tid til å få kontakt med kapteinen og avverge at kabelen kuttes ved et uhell. Er det derimot snakk om en bevisst handling, kan sensordata hjelpe til med etterforskningen. Hadde Nord Stream 1og 2 hatt fiberkabel med DAS-teknologien, kunne det bidratt til å finne ut hva slags aktivitet som skjedde rundt rørledningen før eksplosjonen.

«Forhør»

Alcatel Submarine Networks Norway har 71 ansatte i Trondheim som utvikler og lager alt i eget hus. Løsningen er basert på egenutviklet laser, instrumentering og signalprosessering. I stedet for å sette en sender og en mottaker på hver ende av fiberen, kobles en interrogator (forhører – fra engelsk: interrogate) til på den ene enden. Interrogatoren sender modulerte laserpulser inn i fiberen og mottar kontinuerlig litt tilbakespredt lys fra hver meter langs fiberen. Interrogatorens oppgave er å måle faseendringen for det reflekterte lyset. Dette gjøres ved interferometri og avansert signalbehandling, noe som gir ekstrem målenøyaktighet for hver eneste meter langs hele fiberen.

ELAB-utspring

Daglig leder Hilde Nakstad i ASN Norway har arbeidet med optisk teknologi i mange år. Hun skryter av miljøet i Trondheim. Selskapet het lenge Optoplan og har sin historie tilbake til 1985 med utspring fra NTNU og miljøet ved ELAB (nå Sintef). I 2014 ble selskapet en del av det franske Alcatel-konsernet. Hovedfokus har vært ulike løsninger for olje- og gassektoren.

– Vi har en hel portefølje med teknologi for olje- og gassindustrien basert på fiberkabler, sensorer og prosessering av data, sier Nakstad.

Det dreier seg om alt fra kommunikasjon til og fra olje- og gassinstallasjoner til kontroll med det som skjer i brønner, både trykk, temperatur og strømninger, og til seismiske data og målinger i 4D.

Nye områder

For noen år siden så ASN behov for å få flere bein å stå på. Noen ansatte hadde i lengre tid hatt ideer rundt det som nå er blitt OptoDAS.

Ingen optiske fibre er fullstendig homogene – det vil si at de ikke transmitterer lys «perfekt». Alt lys som sendes i kabelen, blir spredt i ulike retninger, og den delen som reflekteres tilbake, kan analyseres.

En fiber som utsettes for strekk, vil endre både lengde og brytningsindeks i glasset. Dette vil endre tiden lyset bruker gjennom fiberen, og med varierende strekk vil en få varierende forsinkelser – faseendringer. – i lyset. Når vi sender en laserstråle inn i glasset og ser på det reflekterte lyset, kan vi måle disse faseendringene.

– Hver meter av kabelen blir dermed en strekksensor. Med OptoDAS kan vi måle veldig små strekk i fiberen som vi analyserer og tolker i egenutviklet programvare, forklarer Nakstad.

I opptil 171 kilometers lengde kan OptoDAS med stor nøyaktighet avdekke hva som skjer rundt kabelen av bevegelser, tøying eller ulike hendelser. ASN jobber nå med å øke rekkevidden på målingene sine, Med «repeatere» langs fiberkabelen som forsterker det optiske signalet, kan rekkevidden i teorien være uendelig. Konkurrerende løsninger, basert på annen avlesningsteknologi, når ikke lenger enn ca. 70-80 kilometer.

Skred og hval

Til tross for «Submarine» i firmanavnet og tidligere historikk, har DAS-teknologien vist seg å være nyttig og anvendelig også på land.

Langs svært mange norske veistrekninger ligger det fiberkabler, gjerne gravd ned til én meters dyp. Sammen med Norconsult og Norsar har ASN testet hvordan DAS på en fiberkabel langs en rasutsatt veistrekning kan oppdage snøras høyt oppe i fjellsida, før de går over veien. Tolking av data fra kabelen kan slå fast om alle biler er kommet gjennom eller om noen kan være tatt. Koblet til varsling med lys og bommer kan biler i beste fall stanses før de kjører inn i et ras.

– Et snøskred langt unna påvirker fiberen gjennom rystelser i bakken som gir ørsmå strekk i fiberen. Det er disse strekkendringene vi måler. Ved å analysere dette kan vi bestemme sted og også si noe om størrelsen på skredet. Det samme gjelder biler som vi kan følge langs veien, sier hun.

ASN er partner i Centre for Geopyhsical Forecasting (CGF), som er et senter for forskningsdrevet innovasjon. Fokuset i dette senteret er overvåkning og varsling av geofysiske hendelser. Senteret fokuserer blant annet på overvåkning av kvikkleire, CO₂-lagring, jordskjelv og marint liv. I fjor ble lyder fra en rekke hvaler fanget opp av fiberkablene mellom Longyearbyen og Ny-Ålesund. I løpet av 44 dager ble 832 hvalkall oppdaget. Senere ble det koblet til OptoDAS på to kabler fra Longyearbyen _ i og med at disse ligger med litt avstand mellom seg, var det også mulig å posisjonere hvalene entydig.

– Det var helt unikt. Vi kunne måle på begge kablene, og forskere på CGF har prosessert dataene og vært i stand til å posisjonere hvalene med meters nøyaktighet, sier Nakstad.

Professor Martin Landrø, som leder Centre for Geopyhsical Forecasting, sier at samarbeidet med ASN og DAS-teknologien er viktig.

– Bruken av OptoDAS til vitenskapelige formål er av stor betydning. To ting er avgjørende: lang rekkevidde, 100-120 kilometer, og høy sensitivitet. Dette har gjort det mulig for CGF for første gang å kunne publisere lyden av blåhval registrert 80 km unna måleinstrumentet. For CGF er det av vital betydning å følge med på utviklingen innen DAS, slik at nye resultater og forbedringer kan brukes i både forskning og utvikling, sier Landrø.

Tredjepartsvurdering

Norsar, som er spesialister på seismologi og seismisk overvåking, har samarbeidet med Alcatel Submarine Networks siden 2019. Det startet med overvåking av CO₂-lager i Canada og fortsatte med snørasovervåking. Andreas Wuestefeld, som er teknologisk leder for fiberoptikk, er svært fornøyd med OptoDAS.

– De tekniske spesifikasjonene er helt enestående, sier Wuestefeld.

Han trekker spesielt fram rekkevidden på over 150 kilometer, som ingen konkurrerende teknologier er i nærheten av.

– Alcatel har utviklet en teknologi som er helt annerledes, og den er enkel i bruk, sier Wuestefeld.

Han ser mange flere bruksområder, fra snøras og overvåking av CO₂-lagre til jordskjelvobservasjoner i så å si hele landet.

– Min drøm er å kunne bruke fibernett i hele Norge. Da kan vi få et tett nettverk av sensorer. Det er mye billigere enn å utplassere seismografer.