本实用新型提供一种基于超声测量的螺栓轴向应力测试装置，该测试装置包括拉伸试验机和高低温试验箱，还包括应力测量系统和超声测量系统，所述应力测量系统包括应变片、信号采集单元和信号处理单元，所述应变片粘贴在被测螺栓的螺杆上；超声测量系统的检测探头安装在被测螺栓的端部；高低温试验箱用于放置拉伸试验机和被测试螺栓，及调节测试温度；测试时，拉伸试验机向被测螺栓施加压力，粘贴在被测螺栓上的压变片发生形变，信号采集单元采集的信号经信号处理单元处理后输出；超声测量系统测量超声在螺栓中传播的声时差信号并输出。