本发明涉及气液两相流测量技术领域，尤其涉及一种单螺旋气芯的三维同步测量系统及测量方法，该测量系统包括实验装置、激光片光源、第一相机、第二相机、第一LED、第二LED、第三相机、第四相机和数据处理模块，该测量方法通过利用4台相机，结合分光技术、2D3C PIV技术、脉冲阴影技术，同时得到单螺旋气芯的三维形态和流道内速度场测量平面的三维速度矢量分布，突破传统测量方法在单螺旋气芯流动测量中的局限性，从而为单螺旋气芯流动中气芯三维形态和三维速度场的时空关联分析提供基础实验数据。