本发明属于痕量物质识别与检测技术领域,尤其涉及基于多模态内共振的多痕量高灵敏同步感测装置及方法;其中低频感知梁两端分别固定在基底上,高频检测梁为悬臂梁,且其一端固定在基底一上,与低频感知梁并排设置,耦合单元的后端固定在基底一上,且耦合单元左右两端分别与低频感知梁和高频检测梁连接,低频感知梁上表面设有敏感层,高频检测梁上设有局部挖孔和局部凸起,且通过调整高频检测梁在长度方向上即沿轴向不同位置的宽度来调整所需的各阶模态频率,本方法建立多阶模态调控匹配理论,实现对多痕量物质单输入单输出的识别与检测,提高装置的灵敏度及检测分辨率。