螺栓连接具有拆装方便的优点，在工业中得到广泛应用。获取螺栓轴力（预紧力）对保证螺栓连接安全可靠具有重要意义。基于声弹性效应的螺栓轴力超声测量方法具有快速、简便和无损测量的特点，是一个备受关注的研究热点，然而受压电超声换能器耦合剂因素影响，限制了其应用和推广。本学位论文提出研究基于波型转换的螺栓轴力电磁超声测量方法，利用电磁场在螺栓表面直接产生超声波，实现螺栓轴力非接触测量，避免耦合剂影响。　　首先，在详细分析螺栓中超声传播路径的基础上，利用波型转换这一常见的物理现象，提出采用单一传感器实现单一横波激励同时测量横波和波型转换纵波的方法实现在役螺栓轴力测量，并通过实验验证了该原理的可行性。该测量原理克服了已有纵横波测量法中需要使用纵波和横波两种传感器的不足，为解决螺栓轴力测量结果可重复性问题提供了一种新原理。其次针对电磁超声传感器与螺栓端面接触面积有限引起的偏置磁场不均匀性问题，提出基于等效面力的电磁超声传感模型，统一了铁磁材料电磁超声换能中洛伦兹力、磁力和磁致伸缩应变三种换能机制的作用形式。基于此，研究螺旋线线圈电磁超声换能器水平激励力分布和波长对横波发射方向角的影响，获得控制横波发射方向角的基本原则，为传感器研制奠定理论基础。再次，提出一种基于互谱相位误差频域加权窗函数的声时测量方法，解决电磁超声低信噪比带来的声时提取难题，仿真和实验信号处理结果验证该方法的有效性。最后，研制开发了一套螺栓轴力电磁超声测量系统，包括电磁超声传感器、硬件电路和测量软件，实验室和现场测试表明该系统符合设计技术指标，满足相关规程要求。　　本论文的研究工作为在役螺栓轴力测量提出了一种非接触超声测量方法和仪器，有利于螺栓轴力超声测量技术在工程领域的推广。同时也为复杂偏置磁场下铁磁材料电磁超声换能器的研究提供了一种分析手段。