本发明公开了一种水轮机空化在线监测装置和方法，监测装置包括水轮机和至少一个声发射传感器，水轮机包括转轮和尾水管，声发射传感器设置在尾水管内部并位于转轮的背水面。本发明提供的水轮机空化在线监测装置在转轮的背水面处设置声发射传感器，使声发射传感器距离空化发生的位置较近，有利于有效地、高保真地采集到空化信号。声发射传感器位于尾水管的内部，更好地利用了尾水管内的水作为传输超声波信号的介质，有效地保证了信号的最大保真度，避免了信号在传播过程中的过度衰减，使声发射传感器采集到的信号强度更强、更有效，从而有利于后期信号的处理和分析，实现了水轮机空化信号的有效监测。