本发明公开了一种三维立体声音信号采集装置，属于机械故障检测领域，包括三个声音传感器和四根横梁，可根据需要调节传感器在装置中的上下、左右和前后位置，实现多维度、多角度和立体采集故障信息，同时三个传感器坐标的定量化可使传感器的移动更有规律和准则。所述声音采集装置放置在高压断路器操动机构的正前方，当发生机械故障产生声音时，本发明根据声音时间差的定位技术原理，无需移动调节传感器位置，可实现对二维声源坐标的一次性快速定位；也可通过一个或多个传感器位置，实现对三维声源坐标的精准定位。通过求解含有不等式约束的最优化问题，计算简单，快速精准定位故障声源坐标，对高压断路器机械故障在线监测研究具有重要应用价值。