平面激光诱导荧光技术（Planar Laser-Induced Fluorescence,PLIF）是一种可以实现流场浓度分布测量的激光光谱测量技术,该技术凭借其优异的示踪粒子跟随性、多组分同步测量等优势,可以应用于飞行器外流场结构可视化和发动机内流场当量比测量。然而,目前的PLIF技术难以实现流场结构动态变化过程中的稳定性分析,而用于测量当量比分布的双示踪剂PLIF技术由于缺少示踪剂相互影响规律的定量研究,导致局部区域测量相对不确定度较大。针对这些PLIF技术的局限性,本文开展了基于高频丙酮PLIF技术的流场结构稳定性分析方法研究,以及用于实现两种组分浓度分布同步测量的丙酮/甲苯PLIF技术研究。设计高频丙酮PLIF系统用于实现翼型边界层流场结构的可视化,本文首次利用动态模态分解（Dynamic mode decomposition,DMD）方法处理连续时间序列PLIF流场结构图像,经过计算处理可以得到流场主要振荡模态的频谱图和振荡区域分布,以此可以分析得到流场结构动态变化过程和局部流场结构稳定性。选用丙酮和甲苯这两种示踪剂分别代表两种气体组分,研究用于实现两种组分浓度测量的丙酮/甲苯PLIF技术。为了提高丙酮/甲苯PLIF技术的浓度测量精度,本文首次开展了示踪剂对荧光信号吸收效应、淬灭效应和增强效应的研究,建立这些效应与示踪剂浓度的定量关系。实验结果表明,丙酮对于甲苯的荧光信号存在吸收效应,有效吸收截面为（5.77±0.41）×10-20 cm-2;甲苯对于丙酮的荧光信号的吸收效应可以忽略。丙酮对于甲苯的荧光信号具有淬灭效应,淬灭规律符合Stern-Volmer方程,Stern-Volmer淬灭常数为（0.50±0.03）k Pa-1;甲苯对丙酮荧光信号有增强效应,增强系数随着丙酮浓度的升高而降低,根据实验结果阐述了丙酮和甲苯混合区域示踪剂辐射荧光信号的光物理过程。本文中针对示踪剂相互影响的研究方法可以作为一种普适研究方法,应用于将来其他双示踪剂PLIF技术的研究过程。基于丙酮和甲苯相互影响效应的定量关系和光物理过程,建立了丙酮和甲苯各自荧光强度与两种示踪剂浓度的定量关系方程组。提出了利用两台探测器分别捕获时空对应的丙酮、甲苯荧光强度,代入求解方程组得到丙酮、甲苯浓度的方法。设计了首套丙酮/甲苯PLIF系统,实现了两种气体组分浓度分布的同步定量测量,测量结果的正确性得到了流体力学软件Fluent模拟计算结果的验证。相比较于测量相对不确定度达到20%的传统双示踪剂PLIF技术,丙酮/甲苯PLIF技术由于充分考虑了示踪剂的相互影响,将浓度测量相对不确定度降低到10.4%,实现了测量精度的提升。最后,基于丙酮/甲苯PLIF技术得到的两种组分浓度测量结果,计算得到了冷态流场的当量比分布。实验结果表明,虽然丙酮/甲苯PLIF技术无法直接应用于燃烧场的当量比测量,但是当测量对象是层流火焰时,利用丙酮/甲苯PLIF技术获得的相同工况冷态流场当量比分布变化趋势与燃烧场是一致的。这充分说明了丙酮/甲苯PLIF技术的测量数据可以用于分析、预测层流火焰燃烧场当量比分布的变化趋势。