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      直測式CEMS根據采樣探頭構造不同可以分為內置式和外置式；根據光線是否兩次穿過被測煙氣可分為單光程和雙光程；有采用探頭和光譜儀緊湊相連的一體式結構，也有將探頭和光譜儀分開的分體式結構，探頭和光譜儀之間采用廣西那進行光信號傳輸。

探頭外置式

     外置式探頭由兩部分組成，需要分別安裝在煙道兩側，其中根據光路的不同又有單光路和雙光路之分。單光路探頭由發射端和接受端組成，雙光路探頭由發射接受端和反射端組成。這種排布方式的形成是因為紫外差分吸收光譜法應用于煙氣測量的初期，仍沿用大氣測量的基本光路結構，即光束的收發裝置分離，將光路的發射端（主控制端）和接受端（反射端）分別安裝于煙道兩側。但目前這種測量結構出現許多問題，使用非常少。

單光程內置式

     單光程內置式探頭將發射端和接收端安裝于一體，相向放置。光源與接受端之間有煙氣流過的地方為測量去。將其從煙道一側插入，光束在探頭內單向傳播，通過光纖回傳至光譜儀。這種方式組成結構比較簡單，相對于雙邊插入式探頭大大簡化了安裝調試的復雜成度。但煙道內的環境比較惡劣，隨著使用時間的延長光路的結構部分會因為高溫高濕等因素而出現形變，則光纖所接收的光強會減小，這將嚴重影響測量結果。此時需要停止測量，將探頭從煙道內抽出，同時調整發射端和接受端的位置和姿態，這樣就不能滿足長時間實時測量的要求。 

雙光程內置式

    雙光程內置式探頭是目前國內直測式CEMS中應用較為普遍的一種探頭結構，它將光源發射和接收端由原來的相向放置改為同向放置，并通過角反射鏡將發射光沿原路折回，從而使得光路調整方式由雙端調整改變為單端調整，可實現光路在線調解和修正，簡化了光路調整做做、降低了調整難度，同時還提高了測量穩定性，延長了探頭工作壽命