Si bien el optoacoplador sugerido es sin duda una cosa segura para probar, es posible que no funcione. Tradicionalmente, las zapatas SLR eran un simple interruptor para disparar el flash y, si bien los sistemas DSLR modernos ya no usan los altos voltajes que algunos flashes antiguos presentaron a la cámara, muchos usan un transistor para tirar de la línea a tierra.
Cualquier voltaje presente en el pin puede ser a través de un pull-up de alto valor o posiblemente una fuga de corriente muy baja y no capaz de entregar los 5 mA impares necesarios para accionar un optoacoplador. Eso puede explicar sus lecturas algo variables que esperaría que fueran estables si la línea se manejara con fuerza.
Aquí hay un ejemplo del circuito utilizado dentro del sistema de disparo de cámara / flash Camera Axe que puede ser indicativo de lo que encontraría dentro de la cámara:
No tenía una D5100 disponible para la prueba, pero al medir la Nikon D7000 de un miembro de la familia y mi Canon 5D Mark III no había voltaje en la zapata. En ambos casos, medir el flash mientras estaba separado de la cámara pero encendido dio una lectura de alrededor de 5V, por lo que parece que ambos sistemas usaron un pull-up dentro del flash. Sugeriría un circuito como el siguiente que acabo de probar con ambos:
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
R2 podría omitirse si usa el pull-up interno en la línea de entrada mientras que los diodos solo brindan un poco de protección adicional contra ESD y situaciones de sobretensión en lugar de depender únicamente de las abrazaderas dentro del AVR. Aquí hay un ejemplo de la señal medida para una exposición de 1/10 segundos usando ese circuito: