本发明涉及一种基于多维平衡探测技术的冷原子多参数测量装置，二维冷却激光、二维梯度线圈和二维真空腔构成二维磁光阱，用于实现冷原子束流的输出；三维冷却激光、三维梯度线圈和三维真空腔构成三维磁光阱，用于俘获冷原子束流形成冷原子团；二维磁光阱和三维磁光阱通过真空差分管连接；光电探测器为三对，三对光电探测器分别安装在三维真空腔的三对正交的金属面上；三对光电探测器的感光面正对三维磁光阱的几何中心；三对光电探测器的输出端连接各自对应的SMA同轴电缆的输入端，SMA同轴电缆的输出端连接到USB多通道数据采集卡的输入端，USB多通道数据采集卡的输出端通过USB连接线输入数据处理模块。本发明实现了冷原子多参数测量。