本发明公开了一种膜片增强波导结构的光纤超声传感器，包括：双芯光纤，由两个单芯光纤平行放置构成；波导结构，为弧形结构，其两端分别同轴连接两个所述单芯光纤的同侧端部；中空圆柱形支架，设置在所述双芯光纤的端部边缘处，将所述波导结构包裹在内，且其高度和所述波导结构相同；聚合物振动膜片，设置在所述中空圆柱形支架顶部端口处，且和所述波导结构顶端的弧面部分接触。本发明所用光纤为双芯光纤，入射光和反射光可分别在两个单芯光纤中传输，便于输出反射信号的集成和测量；将波导结构与聚合物振动膜片接触的部分设计为正弦形，使得光纤超声传感器在受到外界压力时，输出反射信号的相位变化更加明显，提高光纤超声传感器的灵敏度。