Mesurer avec un voltmètre est insuffisant.
Si le signal est une forme d'onde qui évolue entre un min et un max (genre sinus par exemple) avec un voltmètre tu ne vas mesurer que la valeur efficace.
Il faut regarder la forme du signal avec un oscilloscope afin de déterminer les valeurs min et max (et éventuellement voir leur évolution en fonction de la fréquence).
Après tu peux calculer un comparateur à hystérésis (appelé aussi trigger de schmitt) pour convertir ce signal analogique en un signal logique qui puisse piloter une entrée numérique de l'Arduino.