本发明公开了一种螺栓随机横向载荷及其作用方向的超声测量方法，步骤包括：(1)在待检螺栓顶部或底部制备中心和边缘排布的薄膜涂层传感器；(2)标定中心电极的声时和载荷，得到中心电极的载荷标定系数；(3)对边缘电极不同载荷不同角度下的飞行时间数组拟合出超声飞行时间‑载荷‑角度关系函数；(4)在待测螺栓实际工作时，测量中心电极与边缘电极的超声飞行时间，先利用中心电极的超声飞行时间与标定系数，得到此时的最大载荷；再利用最大载荷、边缘电极的超声飞行时间及其与角度的函数求解，得到随机载荷作用角度与方向。本发明利用中心电极和边缘电极的配合方案，首次实现了对承受随机横向载荷的螺栓紧固件等连接件的横向载荷大小和方向的同步测量，特别适用于承受随机横向载荷的紧固连接结构的在线监测，具有测量精度高和稳定性好的优点。