本发明提供了一种基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法，在上法兰和下法兰连接处的内圆周或外圆周均匀地布置一组法兰纵向横向相对位移传感器和一组法兰径向相对位移传感器，综合各传感器采集的三个方向相对位移，计算螺栓拉力和螺栓连接处的工作载荷，并进一步计算获得作用在法兰上的总工作载荷，当超过阈值时进行预警。本发明提供的一种基于三向位移的法兰螺栓拉力和工作载荷在线监测方法，可同时监测法兰轴向、切向、径向相对位移，进而计算得到较精确的螺栓拉力和工作载荷，对于螺栓拉力和工作载荷超出设定阈值的情况，及时实施安全控制策略。