本发明公开了一种双能X射线相位衬度成像装置及其实现方法，该双能X射线相位衬度成像装置沿光路依次包括X光机、源光栅、分束光栅、样品室、分析光栅和X射线探测器，其中：X光机用于发出X射线；源光栅用于将大焦点的X光源分成为若干个不相干的小焦点光源；分束光栅用于将小焦点光源分成若干束，照射到样品室中的样品上，并在分析光栅上形成几何投影；样品室用于放置并固定样品，同时带动样品进行旋转；分析光栅用于与分束光栅一起在X射线探测器上形成莫尔条纹；X射线探测器用于获取并记录该莫尔条纹。利用本发明进行双能X射线相位衬度成像时，选取的两个能量值V高和V低可以根据实际情况随意调整，从而扩大双能X射线相位衬度成像的使用范围。