直测式CEMS根据采样探头构造不同可以分为内置式和外置式；根据光线是否两次穿过被测烟气可分为单光程和双光程；有采用探头和光谱仪紧凑相连的一体式结构，也有将探头和光谱仪分开的分体式结构，探头和光谱仪之间采用广西那进行光信号传输。

探头外置式

     外置式探头由两部分组成，需要分别安装在烟道两侧，其中根据光路的不同又有单光路和双光路之分。单光路探头由发射端和接受端组成，双光路探头由发射接受端和反射端组成。这种排布方式的形成是因为紫外差分吸收光谱法应用于烟气测量的初期，仍沿用大气测量的基本光路结构，即光束的收发装置分离，将光路的发射端（主控制端）和接受端（反射端）分别安装于烟道两侧。但目前这种测量结构出现许多问题，使用非常少。

单光程内置式

     单光程内置式探头将发射端和接收端安装于一体，相向放置。光源与接受端之间有烟气流过的地方为测量去。将其从烟道一侧插入，光束在探头内单向传播，通过光纤回传至光谱仪。这种方式组成结构比较简单，相对于双边插入式探头大大简化了安装调试的复杂成度。但烟道内的环境比较恶劣，随着使用时间的延长光路的结构部分会因为高温高湿等因素而出现形变，则光纤所接收的光强会减小，这将严重影响测量结果。此时需要停止测量，将探头从烟道内抽出，同时调整发射端和接受端的位置和姿态，这样就不能满足长时间实时测量的要求。 

双光程内置式

    双光程内置式探头是目前国内直测式CEMS中应用较为普遍的一种探头结构，它将光源发射和接收端由原来的相向放置改为同向放置，并通过角反射镜将发射光沿原路折回，从而使得光路调整方式由双端调整改变为单端调整，可实现光路在线调解和修正，简化了光路调整做做、降低了调整难度，同时还提高了测量稳定性，延长了探头工作寿命