本发明提出了模态分解双谱分析的空耦超声应力检测装置及方法，通过激励空耦换能器在待测件中激励出纯净的A0模态lamb波，确定换能器倾角，确定正弦脉冲信号，经过电压放大器施加在激励空耦换能器，用接收空耦换能器接收回波，通过前置放大器进行低噪声放大，用示波器进行显示并上传至上位机；上位机进行模态分解双谱分析获得准确声时差估计从而实现应力准确表征；本发明采用空气耦合Lamb波超声检测，在检测过程中以空气代替了传统超声无损检测中的耦合剂，消除了耦合剂对声时差估计的影响，且模态分解双谱分析方法能够准确获取有无应力的声时差，解决了传统的声时差估计不准而导致的应力测量误差较大，重复性较差等问题。