本发明公开一种超低场核磁共振测量装置，包括八个连接头、光纤、磁屏蔽盒、采样套管、套管尾光泵室、双组三轴矢量磁场线圈、四个管道、两个原子磁传感模块、光纤耦合准直器、电源/控制模块、双路控制/数据模块、四个真空阀，配套气体极化器使用。本发明装置体积小、可实现实时精密测量。本发明还公开一种超低场核磁共振测量方法，利用气体极化器，同时使用两个原子磁传感模块分别测量并比对套管尾光泵室的“标样”和来自气体极化器的激光极化气体的参数，使得气体极化器更好地提供优化参数的激光极化气体，应用于生物体肺部或者脑部的磁共振成像、化学样品表面增强、材料样品孔径测量，以及纳米材料鉴别等领域。