本发明公开一种层间应力测量装置，涉及层间应力测量技术领域，包括直流电位法系统，直流电位法系统包括恒流源、电压表、四端子探针装置和数据采集装置；预紧力传感器，用于测量外层上球壳和外层下球壳之间的预紧力。本发明中接触应力表征方法，用于获取多层球体结构的接触力，为层间应力测量做准备。本发明中层间应力测量方法通过恒流源给多层球体结构施加恒定电流激励，用电压表采集电压信号，将测得的电压信号结合接触应力表征方法得到接触应力，通过预紧力传感器测量得到预紧力，进而通过力学分析求出层间应力。本发明无需植入式力传感器，可实现通过在密闭结构外部放置传感器，测量得到结构内部的层间应力。