光子传感技术是新一代工业检测、生命健康、新能源安全的核心底层支撑，倾斜光纤光栅表面等离子体共振（TFBG-SPR）传感凭借纳米级折射率检测、微型化、抗电磁干扰、原位实时监测等独特优势，成为电池健康管理、即时临床诊断、极端环境传感等领域的前沿“黄金技术”。

近日，物理学院彭伟教授、张扬副教授所在先进光学与光纤传感课团队，联合附属中心医院张雪梅医生等共同开展医工交叉攻关，在仪器科学与测量领域国际顶级期刊《IEEE仪器与测量汇刊》（IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement）（IEEE TIM，JCR Q1，TOP期刊）发表题为“用于等离子体倾斜光纤布拉格光栅传感器亚毫秒级解调的、具备不确定性量化与可解释性的边缘可部署智能测量框架”（An Edge-Deployable Intelligent Measurement Framework with Uncertainty Quantification and Interpretability for sub-millisecond Demodulation in Plasmonic TFBG Sensors）的原创研究成果。我院本科生张锦图也深度参与了研究与论文发表工作。

TFBG-SPR光谱采集与传感装置

该成果首次实现稀疏光谱下等离子体光纤传感的超精密、可解释、边缘实时解调，彻底打破传统技术“实验室好用、现场难用”的壁垒，为我国面向临床诊疗的高端光纤智能感知系统国产化、小型化提供了全新技术路径。

TFBG-SPR传感技术能实现10⁻⁵RIU量级的折射率分辨率，可捕捉单分子层吸附、电池内部离子迁移等极微弱物理化学变化。但长期以来，这项前沿技术始终面临硬件成本高、体积大、稀疏光谱解调难等问题。为破解这些难题，团队立足物理机理+人工智能交叉融合，从模型架构、不确定性评估、物理可解释性、边缘部署四大维度创新，软硬件协同开发了边缘可部署的智能测量框架，是全球首个面向等离子体TFBG稀疏光谱的物理驱动、端到端、可信AI解调系统，无需高分辨率仪器、无需手动特征提取，直接处理低成本探测器采集的原始信号。

团队提出的解调框架在ARM Cortex-A78AE嵌入式处理器上实现硬件落地，单光谱解调延迟仅0.8毫秒、解调速率达1kHz，真正实现亚毫秒级实时处理。这一突破让高精度光纤传感不再依赖高性能计算机，可直接集成到便携设备、工业探头、穿戴式传感器中，满足动态监测的极速响应需求。针对深度学习黑箱痛点，团队采用蒙特卡罗估计融合模型偏差与数据噪声，给出可追溯的测量误差边界，95%置信区间全覆盖真实值。

针对光谱的深度学习可解释性验证框架结果，通过热图判断模型的决策点

该成果彻底打通等离子体光纤传感实验室到高端医疗临床快检的“最后一公里”，凭借小型化、低成本、高精度、高可信的核心优势，可广泛落地于边缘传感需求，体现AI辅助医工交叉多学科融合发展的大趋势。

文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11371407