本发明实施例涉及一种高频感应风洞流场非平衡性诊断系统，包括：试验装置、第一诊断单元和第二诊断单元；其中，所述第一诊断单元的准直器发射激光信号，所述激光信号穿过所述试验装置的流场后由所述试验装置透射，透射后的激光信号被所述第一诊断单元的接收器接收，以获取所述流场内的平动温度；所述第二诊断单元采集所述流场中的辐射发光，以获取所述试验装置中流场内的电子温度。所述系统还包括：用于控制所述第一诊断单元与所述第二诊断单元的信号触发单元。由此，可以实现高频感应等离子加热器内及经喷管后高温流场的电子温度、平动温度的同步测量，进而可实现高频感应等离子加热风洞流场非平衡特性的定量评估。